前言

今年大家一定注意到一些巿場分析師對網路設備巿場的預測，他們說今年在區域網路接取設備的巿場中，交換器的出貨量將持續成長，而集線器的出貨量將逐漸萎縮。大家對集線器應該很熟悉，因為幾乎所有公司都會使用集線器。可是有些朋友的心中一定有一些疑問：什麼是交換器？交換器跟集線器有什麼不同？為何交換器的出貨量會持續成長？

乙太網路(Ethernet)、記號環網路(Token Ring)、光纖分配資料介面(FDDI)、非同步傳輸模式(ATM)等傳輸技術常被使用在區域網路上面。因為乙太網路(Ethernet)擁有簡單與便宜等特性，成為最常被採用的區域網路傳輸技術，乙太網路在全球之區域網路巿場的佔有約有80%左右，所以本文將針對乙太網路交換器與集線器等設備，逐一回答以上問題。

集線器的功用

在回答什麼是乙太網路交換器(Ethernet Switch)這個問題之前，我們先簡單介紹一下乙太網路集線器(Ethernet Hub)的功用。如果你想讓數台電腦可以互相傳送資料，最簡單與最便宜的方法就是在每台電腦內安裝乙太網路介面卡(Ethernet Network Interface Card)，購買乙太網路集線器(Ethernet HUB)，利用非屏蔽雙絞線(UTP: Unshielded Twist Pair)將這些電腦連至乙太網路集線器，見(圖一)。

《圖一　簡易網路》

在集線器的環境中，只能有一對網路設備同時進行傳輸，例如有六台電腦連接到集線器，請參考(圖二)，如果A電腦正在傳送資料(例如：傳送I Love You這個句子)給F電腦時，B、C、D、E電腦間將無法傳送任何資料，可是B、C、D、E電腦卻可以接收到A、F電腦間傳輸的所有資料(I Love You這個句子)。乙太網路集線器是星狀拓樸(Star Topology)的中心，它有中繼器(Repeater)的功能，它會將收到的訊號加強後，傳送到各個連接埠，所以連接到集線器的網路備都可接收到現在正在傳輸的資料。如果這是一個10Mbps的集線器，所有連接到這個集線器的設備就共享10Mbps的頻寬。

《圖二　》

交換器的功用

在圖二這個例子中，如果將乙太網路集線器換成乙太網路交換器，每台電腦直接連接至乙太網路交換器上，此時每台電腦將享有專屬頻寬(Dedicated Bandwidth)，可以同時進行多對傳輸，請參考(圖三)。這個連接方式跟圖二完全相同，只是將乙太網路集線器換成乙太網路交換器而已。雖然只是小小地改變，卻大大地提昇網路可用頻寬(available bandwidth)與安全性(Security)。跟圖二的例子一樣，A電腦正在傳送資料給F電腦，不同的是此時B電腦可以傳送資料給D電腦，而且C電腦也可以傳送資料給E電腦，使用乙太網路交換器後，網路上可用之頻寬變為圖二的３倍。乙太網路頻寬之理論最高值為10Mbps，但是在共享式的乙太網路(Shared Ethernet)時，其有效之使用率約為50%，以50個使用者的環境為例，使用乙太網路集線器連接這50個使用者時，最高可用頻寬約為5Mbps，若使用乙太網路交換器時，由於每個使用者擁有專屬的頻寬(Dedicated bandwidth)，所以可用頻寬就變成500Mbps，也就是說在網路的連接方式不改變的情況之下，只是將集線器換成交換器後，網路上的可用頻寬將增加100倍。由於使用者擁有專屬頻寬，兩台設備在傳送資料時，乙太網路交換器上的其他設備將無法讀取到不是傳給它的資料，例如圖三中之A電腦傳資料給F電腦時， B、C、D、E電腦完全接收不到A、F電腦間傳送的資料，所以資料傳輸安全性就提高了。

《圖三　》

碰撞區域與廣播區域

在進一步介紹交換器之前，我們先來談談碰撞區域(Collision Domain)與廣播區域(Broadcast Domain)這兩個概念，待會我們會用到這兩個概念。熟悉乙太網路的朋友都知道，乙太網路使用CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)這個技術來傳輸資料，在使用乙太網路集線器的環境中，所有的設備都屬於同一個碰撞區域，如果連接的集線器越來越多，其碰撞之發生機率就越來越高，傳輸效能就越來越低。例如：在網路上傳送的乙太網路訊框(Ethernet Frame)的長度為512Bytes時，如果網路使用率到達30%，該網路幾乎已達臨界效能，也就是說，設備再增加時，使用者會發覺網路效能明顯降低。所以網路上連接的設備越來越多時，為提高網路傳輸效能，就需要使用乙太網路橋接器(Ethernet Bridge)或第二層乙太網路交換器(Layer 2 Ethernet Switch)來區隔碰撞區域。橋接器與交換器雖然可以分隔碰撞區域，如果任何一台設備進行廣播式傳輸(Broadcast)時，所有橋接器或第二層交換器所連接的設備，都可以接收到這個廣播式訊息，我們稱這些設備位於同一個廣播區域。

以(圖四)為例，如果有一個兩埠的橋接器或第二層交換器連接集線器A與B，則所有連接到集線器A的設備，我們說它們包含於同一個碰撞區域A內，同理，所有連接到集線器B的設備包含於碰撞區域B內。電腦甲連接在集線器A上，而電腦乙連接在集線器B上，此時電腦甲位於碰撞區域A，而電腦乙則位於碰撞區域B，如果電腦甲或電腦乙傳送廣播封包時，橋接器會把廣播封包傳送到另一個連接埠，所以我們說圖四中的所有設備屬於同一個廣播區域。

《圖四　》

交換器的分類

依據OSI模型：第二層與多層交換器

如果依據OSI之網路七層參考模型來分類，乙太網路交換器可以概分兩大類，一類為第二層乙太網路交換器(Layer 2 Ethernet Switch)，另一類為多層乙太網路交換器(Muti-layer Ethernet Switch)。第二層乙太網路交換屬於OSI網路七層參考模型中之資料鏈結層(Data Link Layer)的網路接取設備，其基本功能跟乙太網路橋接器相同，被用來區隔網段(Segment)、減少碰撞與提高網路可用頻寬。簡而言之，第二層乙太網路交換器就好像是擁有較多連接埠的乙太網路橋接器，一個24個連接埠的第二層乙太網路交換器，就像一台有24個連接埠的橋接器，擁有24個網段或碰撞區域，在不進行虛擬網路(VLAN)分割時，這24個交換器連接埠均屬於同一個廣播區域。

多層乙太網路交換器是指同時具有OSI網路七層參考模型中兩層(含)以上功能之網路接取設備，一般巿面上我們看到的第三層或第四層乙太網路交換器就是這類型的設備。因為第三層乙太網路交換器(Layer 3 Ethernet Switch)具有資料鏈結層(Data Link Layer)之交換功能，還具有網路層(Network Layer)之路由功能(Routing)，簡單地說，第三層乙太網路交換器就是一台只有區域網路介面的路由器(Router)。而第四層乙太網路交換器則同時具有資料鏈結層(Data Link Layer)、網路層(Network Layer)與傳輸層(Transport Layer)之處理能力。

依據硬體設計：固定式、可堆疊式與模組式交換器

如果依據交換器之硬體設計來分類，可以分為固定式、可堆疊式與模組式等三大類。所謂固定式乙太網路交換器是指這個交換器的連接埠的埠數是固定的，目前巿面上最常見的是24埠的交換器。它的優點是價格便宜與選擇性高；它的缺點是擴充性與彈性較差，固定式乙太網路交換器常會被用來做為桌上型交換器。可堆疊式交換器就是為了彌補固定式乙太網路交換器缺乏擴充性之缺點而設計的，這類的交換器其基本架構跟固定式交換器相同，只是多一個堆疊介面，因此在需要擴充時，可以利用堆疊介面連接另外一台同型之交換器，將它們變成同一台交換器。模組式交換器是指具有模組化介面之交換器。較大型的模組式交換器可概分為機箱(Chassis)、介面模組(Module)與電源(Power Supply)等三大部份，使用者可以依據當時的需求選擇所需的介面模組。它的優點是擴充性(Scalability)、彈性(Flexibility)與備援性(Redundancy)佳；它的缺點是初期設備購置成本較高。

如果依據交換器在網路中擺置的位置來分類，可以分為桌面交換器(Desktop Switch)、群組交換器(Group Switch)與骨幹交換器(Backbone Switch)等三類。桌面交換器並不是說這個交換器一定要擺在桌面上，而是指使用者的桌上型電腦或網路印表機直接連接的交換器。群組交換器是指多個桌面交換器向上連接的交換器，群組交換器通常被用來連接同一個部門內的桌面交換器，例如某公司的工程部門有144個人，如果採用12埠之桌面交換器，需要12台桌面交換器才能連接所有工程師的桌上電腦，如果這些工程師要透過視窗作業系統中之網路芳鄰互相傳送資料，這些桌面交換器所連接的交換器就稱為群組交換器。骨幹交換器有時又被稱為核心交換器(Core Switch)，它是整個區域網路的核心，它連接所有群組交換器，負責傳遞跨部門的資料流，透過骨幹交換器所有網路上的設備都可以彼此傳送資料。隨著交換器處理效能的增進，網路拓樸(Network Topology)的設計可能會有所改變，如果採用模組式交換器，有時會將桌面交換器直接連接到骨幹交換器上，成為兩層式架構。

依據傳輸資料速度：10Mbps、100Mbps與Gigabit交換器

若依交換器傳輸資料的速度來分類，可以分為10Mbps的乙太網路交換器(Ethernet Switch)、100Mbps的高速乙太網路交換器(Fast Ethernet Switch)、10/100Mbps自動測偵雙速交換器與1000Mbps超高速乙太網路交換器(Gigabit Ethernet Switch)。如果您的網路現在全部使用集線器，而且開始覺得網路傳輸速度似乎越來越慢，此時最簡單且最經濟的方法就是將集線器換成速度為10Mbps的第二層乙太網路交換器。10Mbps的第二層乙太網路交換器最適合做為桌面交換器，因為10Mbps的專屬頻寬，對於目前資料、語音或視訊等應用來說，都綽綽有餘。

100Mbps高速乙太網路交換器最適合做為中、大型網路的群組交換器，或是中、小型網路的骨幹網路路交換器。其連接方法為利用10Mbps的第二層乙太網路交換器的100Mbps上連模組(Uplink Module)，連接100Mbps的高速乙太網路交換器，這個高速乙太網路交換器可以是第二層網路交換器或多層乙太網路交換器。

10/100Mbps自動偵測雙速乙太網路交換器的適用範圍很廣，常被用在Client-Server架構的應用環境，用戶端(Client)使用10Mbps的網路卡連接交換器，而主機則使用100Mbps的高速乙太網路卡連接交換器。10Mbps或100Mbps的單速網路交換器，比較適合用在用戶對用戶(peer-to-peer)傳輸應用較頻繁的環境。

自從1998年6月超高速乙太網路標準802.3u制訂完成後，1000Mbps的交換器開始被廣泛地運用在區域網路上，做為群組交換器間互相交換資料的骨幹(Backbone)。在採用1000Mps的乙太網路交換器做為區域網路之骨幹網路交換器時，大部份會使用多層超高速乙太網路交換器(Multi-layer Gigabit Ethernet Switch)，使用多層乙太網路交換器可以有效地隔離廣播封包，因為多層網路交換器可以利用邏輯分割的方式，將交換器分割成數個不同網路或廣播區域(Broadcast Domain)，讓屬於各部門的群組交換器可以屬於同一個廣播區域，如此可以有效地隔離因為廣播封包所造成的網路效能降低。當然部份使用者也會只使用第二層超高速乙太網路交換器做為骨幹交換器。

交換器取代集線器的優勢

由以上的分析，相信各位不難發現交換器之所以會漸漸地取代集線器的原因有以下四點：

1.同樣埠數的交換器價格雖然還是比較集線器貴，卻已相去無幾，採用交換器後立即大幅提昇網路整體效能。這是因為交換器採用硬體的方式來處理網路上的流量，所以它的成本較低，而且效能高，例如第三層乙太網路交換器，在處理TCP/IP的決定封包的路由效能是傳統路由器的10倍以上，而其價格卻只有傳統路由器的1/10。

2.有效地處理來自不同速率介面的資料，10/100/1000Mbps可以存在於同一個交換器上。

3.強大的管控能力。因為每個交換器連接埠會檢測所有訊框(Frame)或封包(Packet)，將網路上的資料做更完善的處理，提供更詳細的資料給網路管理者，例如：具備VLAN之設定功能、多點傳輸(Multicast)與遠端監控能力(RMON)。

4.較好的安全管理能力。

結語

如果您感覺到網路效能不佳，而您還在使用集線器，建議您趕快將原有的集線器換成交換器。如果您準備建立一個新的公司內部區域網路，請考慮全部使用交換器，雖然初期建置的設備成本會比較高，卻可以為您的公司帶來更大的效益！未來的企業區域網路將會大規模地採用乙太網路交換器，而集線器只會存在於小型企業與舒服族(SOHO)的網路內。