ฐานข้อมูลและเครือข่าย

DBMS เป็นมิดเดิลแวร์ที่บริหารจัดการข้อมูลแบบรวมศูนย์ ควบคุมการใช้งานพร้อมกันจากผู้ใช้งานและโปรแกรมหลายราย รักษาความสอดคล้องของข้อมูล และจัดการการยืนยันตัวตนกับสิทธิ์การเข้าถึง การสร้างเอกสารเป็นหน้าที่ของซอฟต์แวร์ประยุกต์ การเลือกเส้นทางเป็นหน้าที่ของเราเตอร์ และการบีบอัดภาพเป็นหน้าที่ของซอฟต์แวร์ประมวลผลภาพ ซึ่งไม่ใช่คำอธิบายของ DBMS

NoSQL เป็นชื่อเรียกรวมของฐานข้อมูลที่ไม่อิงตามแบบจำลองเชิงสัมพันธ์ (RDB) มีหลายรูปแบบ เช่น แบบคีย์-แวลู (key-value) และแบบเอกสาร (document) ส่วนใหญ่เหมาะกับการประมวลผลแบบกระจายของข้อมูลปริมาณมาก ฐานข้อมูลตารางแบบแถวและคอลัมน์ที่อิงตามแบบจำลองเชิงสัมพันธ์คือคำอธิบายของ RDB ส่วน HDB เป็นการแบ่งประเภทแบบลำดับชั้นซึ่งต่างออกไป และข้อความที่ว่าใช้ได้เฉพาะ SQL ก็ไม่ถูกต้อง

สคีมาแนวคิดเป็นชั้นที่กำหนดโครงสร้างเชิงตรรกะของฐานข้อมูลทั้งหมด สคีมาภายนอกกำหนดมุมมอง (view) ที่ผู้ใช้งานหรือโปรแกรมมองเห็น ส่วนสคีมาภายในกำหนดวิธีจัดเก็บทางกายภาพบนอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล ส่วน "สคีมากายภาพ" ไม่ใช่คำศัพท์ที่ใช้ในสถาปัตยกรรมสคีมา 3 ระดับ การแบ่งเป็น 3 ระดับช่วยเพิ่มความเป็นอิสระของข้อมูล

แผนภาพ E-R แสดงเอนทิตี (entity) และแอตทริบิวต์ของเอนทิตี ความสัมพันธ์ระหว่างเอนทิตี (relationship) และภาวะเชิงจำนวน เช่น 1 ต่อกลาย (cardinality) ใช้ในการออกแบบฐานข้อมูลระดับแนวคิด การแสดงขั้นตอนการประมวลผลคือผังงาน (flowchart) การแสดงโครงสร้างอุปกรณ์คือแผนภาพโครงสร้างเครือข่าย และการแสดงอินพุตเอาต์พุตของตรรกะคือตารางค่าความจริง

คีย์หลักเป็นคอลัมน์ (หรือกลุ่มคอลัมน์) ที่ใช้ระบุแถวในตารางได้อย่างไม่ซ้ำกัน โดยไม่อนุญาตให้มีค่าซ้ำกันหรือเป็น NULL ดังนั้นข้อความที่ยอมรับค่าซ้ำหรือ NULL จึงผิด การอ้างอิงคีย์หลักของตารางอื่นเป็นบทบาทของคีย์นอก (foreign key) ซึ่งแยกออกจากคีย์หลัก ตัวอย่างทั่วไปคือรหัสผู้ป่วยในตารางผู้ป่วยที่เป็นคีย์หลัก

คีย์นอกเป็นคอลัมน์ที่อ้างอิงคีย์หลักของตารางอื่น ด้วยข้อจำกัดความถูกต้องของการอ้างอิง (referential integrity) ที่ไม่ยอมให้มีค่าซึ่งไม่มีอยู่ในตารางอ้างอิง ทำให้รักษาความสอดคล้องระหว่างตารางได้ การระบุแถวไม่ซ้ำกันเป็นบทบาทของคีย์หลัก การเร่งความเร็วการค้นหาเป็นบทบาทของดัชนี (index) และการห้ามค่าซ้ำเป็นบทบาทของข้อจำกัดเอกลักษณ์ (unique constraint) ซึ่งไม่ใช่คำอธิบายของคีย์นอก

การทำให้เป็นบรรทัดฐานคือการแบ่งตารางเพื่อขจัดความซ้ำซ้อนของข้อมูล และป้องกันความขัดแย้ง (ความไม่สอดคล้อง) เมื่อปรับปรุงข้อมูล เนื่องจากตารางถูกแบ่งออก จึงอาจต้องเชื่อมตาราง (join) ทำให้การค้นหาช้าลงได้ในบางกรณี ดังนั้นข้อความที่ว่าการค้นหาเร็วขึ้นเสมอจึงผิด การเข้ารหัสและการย่นระยะเวลาสำรองข้อมูลเป็นเทคนิคที่แยกต่างหากจากการทำให้เป็นบรรทัดฐาน

รูปแบบบรรทัดฐานที่หนึ่งคือรูปแบบที่ขจัดรายการซ้ำ (repeating group) ซึ่งฟิลด์เดียวมีหลายค่า การแยกส่วนที่ขึ้นต่อเพียงบางส่วนของคีย์หลัก (functional dependency บางส่วน) เป็นการดำเนินการสู่รูปแบบบรรทัดฐานที่สอง การแยกส่วนที่ขึ้นต่อผ่านคอลัมน์อื่น (transitive dependency) เป็นการดำเนินการสู่รูปแบบบรรทัดฐานที่สาม ส่วนการเพิ่มดัชนีไม่เกี่ยวข้องกับการทำให้เป็นบรรทัดฐาน

เงื่อนไขในประโยค WHERE ที่ว่า “อายุ >= 65” เป็นจริงสำหรับ 3 แถว คือ ซาโต (72), ทากาฮาชิ (65) และทานากะ (80) ฟังก์ชัน COUNT(*) จะคืนค่าจำนวนแถวที่ตรงเงื่อนไข ดังนั้นผลลัพธ์คือ 3 ควรระวังว่าทากาฮาชิที่อายุพอดี 65 ปีก็นับรวมอยู่ในเงื่อนไข “>=” ด้วย ค่า 2 คือกรณีนับทากาฮาชิตกหล่นไป ส่วนค่า 4 คือกรณีนับซูซูกิ (45) รวมเข้าไปด้วยโดยผิดพลาด

ประโยค GROUP BY จะรวมแถวตามค่าของแผนกที่ให้การรักษา ดังนั้นผลลัพธ์จะมีจำนวนแถวเท่ากับจำนวนประเภทของแผนก ในตารางมีแผนกอายุรกรรม ศัลยกรรม และจักษุวิทยา รวม 3 ประเภท ผลลัพธ์จึงมี 3 แถว (อายุรกรรม 3 รายการ ศัลยกรรม 2 รายการ จักษุวิทยา 1 รายการ) ค่า 6 คือจำนวนแถวเดิมก่อนทำ GROUP BY ซึ่งโจทย์นี้ต้องการทดสอบความเข้าใจเรื่องการจัดกลุ่มข้อมูล

INNER JOIN จะคืนเฉพาะคู่แถวที่เงื่อนไขการเชื่อม (รหัสผู้ป่วย) ตรงกัน ทั้ง 3 แถวของตารางการสั่งจ่ายยามีแถวที่สอดคล้องในตารางผู้ป่วย (P001 มี 1 รายการ P003 มี 2 รายการ) ผลลัพธ์จึงมี 3 แถว ส่วนซูซูกิ (P002) ที่ไม่มีการสั่งจ่ายยาจะไม่ปรากฏในผลลัพธ์ ค่า 2 คือกรณีนับ 2 รายการของทากาฮาชิเป็น 1 รายการ ส่วนค่า 5 คือกรณีสับสนกับผลรวมแถวแบบธรรมดา

ORDER BY อายุ DESC เป็นการระบุให้เรียงตามอายุจากมากไปน้อย (ลำดับลด) ดังนั้นทากาฮาชิ (80) ซึ่งอายุมากที่สุดจะอยู่แถวแรก ส่วนซาโต (72) อยู่อันดับสอง หากสับสนกับลำดับเพิ่ม (ASC) ก็จะเลือกซูซูกิ (45) ที่อายุน้อยที่สุดผิดไป ควรจำให้แม่นว่า DESC คือลำดับลด และ ASC คือลำดับเพิ่ม

การเลือก (selection) เป็นการดำเนินการเชิงสัมพันธ์ที่ดึงแถวซึ่งตรงตามเงื่อนไขออกมา ในภาษา SQL สอดคล้องกับประโยค WHERE การฉาย (projection) เป็นการดึงเฉพาะคอลัมน์ที่ต้องการ (การระบุคอลัมน์ในประโยค SELECT) ส่วนการเชื่อม (join) เป็นการเชื่อมหลายตารางเข้าด้วยกันด้วยคอลัมน์ร่วม (JOIN) การยูเนียน (union) เป็นการดำเนินการเชิงเซตที่รวมแถวของสองตารางเข้าด้วยกัน ซึ่งต่างจากการคัดกรองแถวของการดำเนินการเชิงสัมพันธ์

ความเป็นอะตอม (atomicity) คือคุณสมบัติที่การประมวลผลของธุรกรรมจะสำเร็จทั้งหมดหรือไม่สำเร็จเลย โดยไม่ยอมให้อยู่ในสถานะกึ่งสำเร็จระหว่างทาง ความสอดคล้อง (consistency) คือการรักษาความถูกต้องของข้อมูล ความคงทน (durability) คือผลลัพธ์ที่ธุรกรรมเสร็จสมบูรณ์แล้วจะไม่สูญหาย ส่วนความเป็นอิสระ (isolation) คือการไม่ได้รับผลกระทบจากธุรกรรมอื่น

เดดล็อก (deadlock) คือสถานะที่ธุรกรรม 2 รายการต่างรอการปลดล็อกทรัพยากรที่อีกฝ่ายถืออยู่ ทำให้หยุดชะงักทั้งคู่ แก้ไขโดยการบังคับย้อนกลับ (rollback) ฝ่ายใดฝ่ายหนึ่ง ไลฟ์ล็อก (live lock) คือสถานะที่การประมวลผลผลัดกันหลีกทางแต่ไม่คืบหน้า การย้อนไปข้างหน้า (roll forward) เป็นการประมวลผลกู้คืนความเสียหาย และจุดตรวจสอบ (checkpoint) เป็นจุดเริ่มต้นของการกู้คืน ซึ่งทั้งหมดต่างจากเดดล็อก

การย้อนกลับ (rollback) คือการประมวลผลที่ยกเลิกการปรับปรุงของธุรกรรมที่สิ้นสุดผิดปกติ โดยใช้ข้อมูลก่อนปรับปรุงในบันทึกล็อก (log) เพื่อคืนสู่สถานะก่อนเริ่มธุรกรรม การยืนยัน (commit) คือการยืนยันผลการปรับปรุงเมื่อสิ้นสุดตามปกติ การย้อนไปข้างหน้า (roll forward) คือการนำข้อมูลสำรองและบันทึกล็อกมาทำการปรับปรุงซ้ำจนถึงจุดก่อนเกิดความเสียหายเมื่อมีความเสียหายของสื่อบันทึก และการล็อกสองเฟสเป็นวิธีการควบคุมการเข้าถึงพร้อมกัน (concurrency control)

การย้อนไปข้างหน้า (roll forward) คือการกู้คืนสถานะ ณ เวลาที่สำรองข้อมูลไว้ก่อน แล้วนำข้อมูลหลังปรับปรุงที่บันทึกไว้ในไฟล์บันทึกล็อกมาปรับปรุงตามลำดับจนถึงสถานะก่อนเกิดความเสียหาย การย้อนกลับ (rollback) เป็นการประมวลผลย้อนทิศทางตรงข้ามคือยกเลิกการปรับปรุงเพื่อกลับสู่สถานะเดิม การยืนยัน (commit) คือการยืนยันการปรับปรุง และเดดล็อก (deadlock) คือสถานะรอปลดล็อกกันไปมา ซึ่งไม่ใช่การกู้คืนจากความเสียหายของสื่อบันทึก

ETL ย่อมาจาก Extract (ดึงข้อมูล) Transform (แปลงข้อมูล) และ Load (จัดเก็บข้อมูล) เป็นกระบวนการนำข้อมูลจากระบบงานเข้าสู่ DWH เพื่อการวิเคราะห์ OLAP คือการประมวลผลเพื่อรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูลที่สะสมไว้ในเชิงหลายมิติ การทำความสะอาดข้อมูลคือการแก้ไขข้อผิดพลาดและความไม่สม่ำเสมอของการเขียน ส่วนแดชบอร์ดคือหน้าจอแสดงผลของเครื่องมือ BI ซึ่งการเรียกกระบวนการทั้งหมดจนถึงขั้นจัดเก็บนั้นคือ ETL

ชั้นเครือข่าย (network layer) เป็นชั้นที่ใช้ที่อยู่ IP ในการเลือกเส้นทาง (routing) ไปยังปลายทาง โดยมี IP เป็นโพรโทคอลตัวแทน และเราเตอร์เป็นอุปกรณ์ตัวแทน การส่งเฟรมเป็นบทบาทของชั้นดาต้าลิงก์ (ชั้นที่ 2) การแปลงรูปแบบการแสดงข้อมูลเป็นบทบาทของชั้นการนำเสนอ (ชั้นที่ 6) และการแปลงเป็นสัญญาณเป็นบทบาทของชั้นกายภาพ (ชั้นที่ 1)

TCP เป็นโพรโทคอลชั้นขนส่ง (transport layer) แบบมีการเชื่อมต่อ ที่สื่อสารได้อย่างน่าเชื่อถือด้วยการยืนยันการมาถึงและควบคุมการส่งซ้ำ ส่วน UDP เป็นแบบไม่มีการเชื่อมต่อ (connectionless) ไม่ยืนยันหรือส่งซ้ำ แต่มีความเบากว่าจึงเหมาะกับการสื่อสารแบบเรียลไทม์ เช่น เสียงและวิดีโอ ข้อความที่ว่า TCP เป็นชั้นกายภาพและ UDP ควบคุมการส่งซ้ำล้วนผิด

MAC address เป็นที่อยู่ทางกายภาพขนาด 48 บิตที่กำหนดให้กับอินเทอร์เฟซเครือข่าย ใช้ระบุอุปกรณ์ในอีเทอร์เน็ตหรือ Wi-Fi สิ่งที่ DHCP กำหนดให้คือการตั้งค่า เช่น ที่อยู่ IP ที่อยู่เชิงตรรกะขนาด 32 บิตคือที่อยู่ IPv4 และที่อยู่ที่ได้จากชื่อโดเมนก็คือที่อยู่ IP เช่นกัน (ผ่านการแปลงชื่อโดย DNS) ซึ่งล้วนไม่ใช่คำอธิบายของ MAC address

/26 ตรงกับซับเน็ตมาสก์ 255.255.255.192 ทำให้อ็อกเท็ตที่ 4 แบ่งเป็นช่วงละ 64 (0, 64, 128, 192) เนื่องจาก 130 อยู่ในช่วง 128 ถึงต่ำกว่า 192 ที่อยู่เครือข่ายจึงเป็น 192.168.10.128 หากแปลง 130 เป็นเลขฐานสองจะได้ 10000010 เมื่อคงบิตสูง 2 บิตไว้และทำให้บิตส่วนโฮสต์ 6 บิตเป็น 0 จะได้ 10000000 เท่ากับ 128 ซึ่งยืนยันคำตอบได้เช่นกัน

เมื่อ /28 ส่วนโฮสต์จะมี 32−28=4 บิต จึงมีที่อยู่ทั้งหมด 2 ยกกำลัง 4 เท่ากับ 16 แห่ง ในจำนวนนี้ที่อยู่เครือข่าย (ส่วนโฮสต์เป็น 0 ทั้งหมด) และที่อยู่บรอดคาสต์ (ส่วนโฮสต์เป็น 1 ทั้งหมด) ไม่สามารถกำหนดให้โฮสต์ใช้งานได้ ดังนั้น 16−2=14 แห่งจึงใช้งานได้จริง ค่า 16 คือค่าที่ลืมหักสองแห่งออก ส่วนค่า 30 คือค่าของกรณี /27

มาสก์ 255.255.255.224 (/27) แบ่งอ็อกเท็ตที่ 4 เป็นช่วงละ 32 โดย 66 อยู่ในช่วง 64 ถึง 95 (ที่อยู่เครือข่าย 192.168.1.64) ค่า 70 ก็อยู่ในช่วง 64 ถึง 95 เช่นกัน จึงอยู่ในซับเน็ตเดียวกัน ส่วน 60 อยู่ในช่วง 32 ถึง 63, 100 อยู่ในช่วง 96 ถึง 127 และ 130 อยู่ในช่วง 128 ถึง 159 ซึ่งล้วนอยู่คนละซับเน็ต

ที่อยู่ส่วนตัวมี 3 ช่วง ได้แก่ 10.0.0.0 ถึง 10.255.255.255, 172.16.0.0 ถึง 172.31.255.255 และ 192.168.0.0 ถึง 192.168.255.255 ซึ่ง 192.168.100.1 อยู่ในช่วงนี้ ส่วน 172.32.0.1 อยู่นอกช่วงถึง 172.31 จึงไม่ใช่ ในขณะที่ 8.8.8.8 และ 203.0.113.10 เป็นที่อยู่ฝั่งสาธารณะ (global)

DNS เป็นกลไกจับคู่ชื่อโดเมนกับที่อยู่ IP (การแปลงชื่อ) โดยเซิร์ฟเวอร์ DNS จะตอบคำร้องขอ การกำหนดที่อยู่ IP อัตโนมัติเป็นบทบาทของ DHCP การซิงโครไนซ์เวลาเป็นบทบาทของ NTP และการส่งต่ออีเมลเป็นบทบาทของ SMTP ซึ่งเป็นโพรโทคอลคนละตัวกัน ความสัมพันธ์ของบทบาทเหล่านี้เป็นเรื่องที่ออกสอบบ่อย ควรแยกให้ชัดเจน

DHCP เป็นโพรโทคอลที่จ่ายการตั้งค่าโดยอัตโนมัติ เช่น ที่อยู่ IP ซับเน็ตมาสก์ และเกตเวย์เริ่มต้น ให้กับอุปกรณ์เมื่อมีการเชื่อมต่อ การแปลงชื่อเป็นบทบาทของ DNS การแลกเปลี่ยนข้อมูลเส้นทางเป็นบทบาทของโพรโทคอลเส้นทาง เช่น RIP หรือ OSPF และการตรวจสอบการเข้าถึงเป็นบทบาทของคำสั่ง ping ที่ใช้ ICMP

Well Known Port ของ HTTP คือหมายเลข 80 ส่วน SMTP คือหมายเลข 25 (110 คือ POP3) DNS คือหมายเลข 53 (25 คือ SMTP) และ NTP คือหมายเลข 123 (53 คือ DNS) ซึ่งตัวเลือกอื่นมีการจับคู่หมายเลขที่คลาดเคลื่อน หมายเลขพอร์ตของบริการหลักมีความเกี่ยวข้องกับการตั้งค่าความมั่นคงปลอดภัยด้วย จึงควรจดจำให้แม่นยำ

SMTP เป็นโพรโทคอลที่ใช้สำหรับการส่งอีเมลและการส่งต่ออีเมลระหว่างเซิร์ฟเวอร์ ส่วน POP เป็นโพรโทคอลที่ผู้ใช้งานใช้รับอีเมลที่ส่งถึงตนจากเซิร์ฟเวอร์อีเมล ไม่ได้ใช้ในการส่ง HTTP ใช้สำหรับการส่งหน้าเว็บ และ NTP ใช้สำหรับซิงโครไนซ์เวลา ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการส่งต่ออีเมล

NTP เป็นโพรโทคอลที่ซิงโครไนซ์เวลาของอุปกรณ์บนเครือข่ายให้ตรงกับเซิร์ฟเวอร์อ้างอิง ในระบบสารสนเทศทางการแพทย์ การซิงโครไนซ์เวลาของเซิร์ฟเวอร์และเครื่องปลายทางแต่ละเครื่องมีความสำคัญเพื่อรักษาความน่าเชื่อถือของเวลาที่บันทึกในเวชระเบียนและล็อก การส่งหน้าเว็บเป็นบทบาทของ HTTP และการรับอีเมลเป็นบทบาทของ POP ส่วนการเข้ารหัสไฟล์ก็ไม่ใช่บทบาทของโพรโทคอลนี้

เราเตอร์ทำหน้าที่ส่งต่อแพ็กเก็ตระหว่างเครือข่ายที่แตกต่างกันโดยอิงตามที่อยู่ IP และตารางเส้นทาง (routing table) โดยสวิตช์ที่มีฟังก์ชันเทียบเท่าเรียกว่าสวิตช์ L3 ส่วน HUB จะกระจายสัญญาณที่รับมาไปยังทุกพอร์ต และสวิตช์ L2 จะส่งต่อภายใน LAN เดียวกันโดยดูจากที่อยู่ MAC สาย UTP เป็นสื่อกลางการส่งสัญญาณ ไม่ใช่อุปกรณ์

WEP เป็นที่ทราบกันว่าถอดรหัสได้ง่าย จึงแนะนำให้ใช้ WPA หรือ WPA2 ที่แข็งแกร่งกว่า SSID เป็นชื่อที่ใช้ระบุจุดเชื่อมต่อ (access point) หรือเครือข่าย ไม่ใช่กุญแจเข้ารหัส Bluetooth เป็นมาตรฐานไร้สายระยะใกล้ที่แยกต่างหากจาก 802.11 และ LAN ไร้สายอาจเกิดการรบกวนของคลื่นวิทยุในช่องสัญญาณเดียวกันได้ จึงจำเป็นต้องออกแบบช่องสัญญาณ

VLAN เป็นเทคโนโลยีที่แบ่งเครือข่ายเชิงตรรกะได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนสายทางกายภาพ ด้วยการตั้งค่าที่สวิตช์ สถานพยาบาลใช้แยกเครือข่ายหลักอย่างเวชระเบียนอิเล็กทรอนิกส์ออกจากเครือข่ายฝ่ายธุรการหรือผู้มาเยือนเป็นต้น มาตรฐานการเข้ารหัสของ LAN ไร้สายคือ WPA2 เป็นต้น ชนิดของสายคือ UTP หรือ STP และคำอธิบายเรื่องสายสาธารณะก็ผิดเช่นกัน

VPN เป็นเทคโนโลยีที่สร้างเครือข่ายเฉพาะเสมือนบนสายสาธารณะ เช่น อินเทอร์เน็ต ด้วยเทคนิคอย่างการเข้ารหัส ใช้ในการเชื่อมต่อระหว่างสถานที่ การเข้าถึงระยะไกล และการปกป้องการสื่อสารเพื่อบำรุงรักษาเครื่องมือแพทย์จากระยะไกล ไม่ใช่สายเช่าเฉพาะทางกายภาพ แต่มีจุดเด่นคือสร้างได้ด้วยต้นทุนต่ำกว่าสายเช่า ไม่เกี่ยวข้องกับจุดเชื่อมต่อหรือการสำรอง DNS

NAT เป็นเทคโนโลยีที่แปลงที่อยู่ส่วนตัวและที่อยู่สาธารณะกลับไปกลับมา ส่วน NAPT ใช้หมายเลขพอร์ตเพิ่มเติมด้วย ทำให้สามารถใช้ที่อยู่สาธารณะเพียงหนึ่งเดียวร่วมกันในหลายอุปกรณ์ได้ ใช้เมื่ออุปกรณ์ที่มีที่อยู่ส่วนตัวภายในโรงพยาบาลออกสู่อินเทอร์เน็ต การซิงโครไนซ์เวลาเป็นบทบาทของ NTP และการเข้ารหัสอีเมลเป็นบทบาทของเทคโนโลยีอย่าง S/MIME