前言

今年大家一定注意到一些巿场分析师对网路设备巿场的预测，他们说今年在区域网路接取设备的巿场中，交换器的出货量将持续成长，而集线器的出货量将逐渐萎缩。大家对集线器应该很熟悉，因为几乎所有公司都会使用集线器。可是有些朋友的心中​​一定有一些疑问：什么是交换器？交换器跟集线器有什么不同？为何交换器的出货量会持续成长？

乙太网路(Ethernet)、记号环网路(Token Ring)、光纤分配资料介面(FDDI)、非同步传输模式(ATM)等传输技术常被使用在区域网路上面。因为乙太网路(Ethernet)拥有简单与便宜等特性，成为最常被采用的区域网路传输技术，乙太网路在全球之区域网路巿场的占有约有80%左右，所以本文将针对乙太网路交换器与集线器等设备，逐一回答以上问题。

集线器的功用

在回答什么是乙太网路交换器(Ethernet Switch)这个问题之前，我们先简单介绍一下乙太网路集线器(Ethernet Hub)的功用。如果你想让数台电脑可以互相传送资料，最简单与最便宜的方法就是在每台电脑内安装乙太网路介面卡(Ethernet Network Interface Card)，购买乙太网路集线器(Ethernet HUB)，利用非屏蔽双绞线(UTP: Unshielded Twist Pair)将这些电脑连至乙太网路集线器，见(图一)。

《图一 简易网络》

在集线器的环境中，只能有一对网路设备同时进行传输，例如有六台电脑连接到集线器，请参考(图二)，如果A电脑正在传送资料(例如：传送I Love You这个句子)给F电脑时，B、C、D、E电脑间将无法传送任何资料，可是B、C、D、E电脑却可以接收到A、F电脑间传输的所有资料(I Love You这个句子)。乙太网路集线器是星状拓朴(Star Topology)的中心，它有中继器(Repeater)的功能，它会将收到的讯号加强后，传送到各个连接埠，所以连接到集线器的网路备都可接收到现在正在传输的资料。如果这是一个10Mbps的集线器，所有连接到这个集线器的设备就共享10Mbps的频宽。

《图二 》

交换器的功用

在图二这个例子中，如果将乙太网路集线器换成乙太网路交换器，每台电脑直接连接至乙太网路交换器上，此时每台电脑将享有专属频宽(Dedicated Bandwidth )，可以同时进行多对传输，请参考(图三)。这个连接方式跟图二完全相同，只是将乙太网路集线器换成乙太网路交换器而已。虽然只是小小地改变，却大大地提升网路可用频宽(available bandwidth)与安全性(Security)。跟图二的例子一样，A电脑正在传送资料给F电脑，不同的是此时B电脑可以传送资料给D电脑，而且C电脑也可以传送资料给E电脑，使用乙太网路交换器后，网路上可用之频宽变为图二的３倍。乙太网路频宽之理论最高值为10Mbps，但是在共享式的乙太网路(Shared Ethernet)时，其有效之使用率约为50%，以50个使用者的环境为例，使用乙太网路集线器连接这50个使用者时，最高可用频宽约为5Mbps，若使用乙太网路交换器时，由于每个使用者拥有专属的频宽(Dedicated bandwidth)，所以可用频宽就变成500Mbps，也就是说在网路的连接方式不改变的情况之下，只是将集线器换成交换器后，网路上的可用频宽将增加100倍。由于使用者拥有专属频宽，两台设备在传送资料时，乙太网路交换器上的其他设备将无法读取到不是传给它的资料，例如图三中之A电脑传资料给F电脑时， B、C、D、E电脑完全接收不到A、F电脑间传送的资料，所以资料传输安全性就提高了。

《图三 》

碰撞区域与广播区域

在进一步介绍交换器之前，我们先来谈谈碰撞区域(Collision Domain)与广播区域(Broadcast Domain)这两个概念，待会我们会用到这两个概念。熟悉乙太网路的朋友都知道，乙太网路使用CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)这个技术来传输资料，在使用乙太网路集线器的环境中，所有的设备都属于同一个碰撞区域，如果连接的集线器越来越多，其碰撞之发生机率就越来越高，传输效能就越来越低。例如：在网路上传送的乙太网路讯框(Ethernet Frame)的长度为512Bytes时，如果网路使用率到达30%，该网路几乎已达临界效能，也就是说，设备再增加时，使用者会发觉网路效能明显降低。所以网路上连接的设备越来越多时，为提高网路传输效能，就需要使用乙太网路桥接器(Ethernet Bridge)或第二层乙太网路交换器(Layer 2 Ethernet Switch)来区隔碰撞区域。桥接器与交换器虽然可以分隔碰撞区域，如果任何一台设备进行广播式传输(Broadcast)时，所有桥接器或第二层交换器所连接的设备，都可以接收到这个广播式讯息，我们称这些设备位于同一个广播区域。

以(图四)为例，如果有一个两埠的桥接器或第二层交换器连接集线器A与B，则所有连接到集线器A的设备，我们说它们包含于同一个碰撞区域A内，同理，所有连接到集线器B的设备包含于碰撞区域B内。电脑甲连接在集线器A上，而电脑乙连接在集线器B上，此时电脑甲位于碰撞区域A，而电脑乙则位于碰撞区域B，如果电脑甲或电脑乙传送广播封包时，桥接器会把广播封包传送到另一个连接埠，所以我们说图四中的所有设备属于同一个广播区域。

《图四 》

交换器的分类

依据OSI模型：第二层与多层交换器

如果依据OSI之网路七层参考模型来分类，乙太网路交换器可以概分两大类，一类为第二层乙太网路交换器(Layer 2 Ethernet Switch)，另一类为多层乙太网路交换器(Muti-layer Ethernet Switch)。第二层乙太网路交换属于OSI网路七层参考模型中之资料链结层(Data Link Layer)的网路接取设备，其基本功能跟乙太网路桥接器相同，被用来区隔网段(Segment)、减少碰撞与提高网路可用频宽。简而言之，第二层乙太网路交换器就好像是拥有较多连接埠的乙太网路桥接器，一个24个连接埠的第二层乙太网路交换器，就像一台有24个连接埠的桥接器，拥有24个网段或碰撞区域，在不进行虚拟网路(VLAN)分割时，这24个交换器连接埠均属于同一个广播区域。

多层乙太网路交换器是指同时具有OSI网路七层参考模型中两层(含)以上功能之网路接取设备，一般巿面上我们看到的第三层或第四层乙太网路交换器就是这类型的设备。因为第三层乙太网路交换器(Layer 3 Ethernet Switch)具有资料链结层(Data Link Layer)之交换功能，还具有网路层(Network Layer)之路由功能(Routing)，简单地说，第三层乙太网路交换器就是一台只有区域网路介面的路由器(Router)。而第四层乙太网路交换器则同时具有资料链结层(Data Link Layer)、网路层(Network Layer)与传输层(Transport Layer)之处理能力。

依据硬体设计：固定式、可堆叠式与模组式交换器

如果依据交换器之硬体设计来分类，可以分为固定式、可堆叠式与模组式等三大类。所谓固定式乙太网路交换器是指这个交换器的连接埠的埠数是固定的，目前巿面上最常见的是24埠的交换器。它的优点是价格便宜与选择性高；它的缺点是扩充性与弹性较差，固定式乙太网路交换器常会被用来做为桌上型交换器。可堆叠式交换器就是为了弥补固定式乙太网路交换器缺乏扩充性之缺点而设计的，这类的交换器其基本架构跟固定式交换器相同，只是多一个堆叠介面，因此在需要扩充时，可以利用堆叠介面连接另外一台同型之交换器，将它们变成同一台交换器。模组式交换器是指具有模组化介面之交换器。较大型的模组式交换器可概分为机箱(Chassis)、介面模组(Module)与电源(Power Supply)等三大部份，使用者可以依据当时的需求选择所需的介面模组。它的优点是扩充性(Scalability)、弹性(Flexibility)与备援性(Redundancy)佳；它的缺点是初期设备购置成本较高。

如果依据交换器在网路中摆置的位置来分类，可以分为桌面交换器(Desktop Switch)、群组交换器(Group Switch)与骨干交换器(Backbone Switch)等三类。桌面交换器并不是说这个交换器一定要摆在桌面上，而是指使用者的桌上型电脑或网路印表机直接连接的交换器。群组交换器是指多个桌面交换器向上连接的交换器，群组交换器通常被用来连接同一个部门内的桌面交换器，例如某公司的工程部门有144个人，如果采用12埠之桌面交换器，需要12台桌面交换器才能连接所有工程师的桌上电脑，如果这些工程师要透过视窗作业系统中之网路芳邻互相传送资料，这些桌面交换器所连接的交换器就称为群组交换器。骨干交换器有时又被称为核心交换器(Core Switch)，它是整个区域网路的核心，它连接所有群组交换器，负责传递跨部门的资料流，透过骨干交换器所有网路上的设备都可以彼此传送资料。随着交换器处理效能的增进，网路拓朴(Network Topology)的设计可能会有所改变，如果采用模组式交换器，有时会将桌面交换器直接连接到骨干交换器上，成为两层式架构。

依据传输资料速度：10Mbps、100Mbps与Gigabit交换器

若依交换器传输资料的速度来分类，可以分为10Mbps的乙太网路交换器(Ethernet Switch)、100Mbps的高速乙太网路交换器(Fast Ethernet Switch)、10/100Mbps自动测侦双速交换器与1000Mbps超高速乙太网路交换器(Gigabit Ethernet Switch)。如果您的网路现在全部使用集线器，而且开始觉得网路传输速度似乎越来越慢，此时最简单且最经济的方法就是将集线器换成速度为10Mbps的第二层乙太网路交换器。10Mbps的第二层乙太网路交换器最适合做为桌面交换器，因为10Mbps的专属频宽，对于目前资料、语音或视讯等应用来说，都绰绰有余。

100Mbps高速乙太网路交换器最适合做为中、大型网路的群组交换器，或是中、小型网路的骨干网路路交换器。其连接方法为利用10Mbps的第二层乙太网路交换器的100Mbps上连模组(Uplink Module)，连接100Mbps的高速乙太网路交换器，这个高速乙太网路交换器可以是第二层网路交换器或多层乙太网路交换器。

10/100Mbps自动侦测双速乙太网路交换器的适用范围很广，常被用在Client-Server架构的应用环境，用户端(Client)使用10Mbps的网路卡连接交换器，而主机则使用100Mbps的高速乙太网路卡连接交换器。 10Mbps或100Mbps的单速网路交换器，比较适合用在用户对用户(peer-to-peer)传输应用较频繁的环境。

自从1998年6月超高速乙太网路标准802.3u制订完成后，1000Mbps的交换器开始被广泛地运用在区域网路上，做为群组交换器间互相交换资料的骨干(Backbone)。在采用1000Mps的乙太网路交换器做为区域网路之骨干网路交换器时，大部份会使用多层超高速乙太网路交换器(Multi-layer Gigabit Ethernet Switch)，使用多层乙太网路交换器可以有效地隔离广播封包，因为多层网路交换器可以利用逻辑分割的方式，将交换器分割成数个不同网路或广播区域(Broadcast Domain)，让属于各部门的群组交换器可以属于同一个广播区域，如此可以有效地隔离因为广播封包所造成的网路效能降低。当然部份使用者也会只使用第二层超高速乙太网路交换器做为骨干交换器。

交换器取代集线器的优势

由以上的分析，相信各位不难发现交换器之所以会渐渐地取代集线器的原因有以下四点：

1.同样埠数的交换器价格虽然还是比较集线器贵，却已相去无几，采用交换器后立即大幅提升网路整体效能。这是因为交换器采用硬体的方式来处理网路上的流量，所以它的成本较低，而且效能高，例如第三层乙太网路交换器，在处理TCP/IP的决定封包的路由效能是传统路由器的10倍以上，而其价格却只有传统路由器的1/10。

2.有效地处理来自不同速率介面的资料，10/100/1000Mbps可以存在于同一个交换器上。

3.强大的管控能力。因为每个交换器连接埠会检测所有讯框(Frame)或封包(Packet)，将网路上的资料做更完善的处理，提供更详细的资料给网路管理者，例如：具备VLAN之设定功能、多点传输(Multicast)与远端监控能力(RMON)。

4.较好的安全管理能力。

结语

如果您感觉到网路效能不佳，而您还在使用集线器，建议您赶快将原有的集线器换成交换器。如果您准备建立一个新的公司内部区域网路，请考虑全部使用交换器，虽然初期建置的设备成本会比较高，却可以为您的公司带来更大的效益！未来的企业区域网路将会大规模地采用乙太网路交换器，而集线器只会存在于小型企业与舒服族(SOHO)的网路内。