集線器、交換器、路由器的差異:運作的層、使用的位址、轉送方式與網域劃分比較

三者都是連接設備並轉送資料的裝置,差別在於依據哪一層的資訊來轉送。集線器(中繼器集線器)是第1層(實體層)的設備,把收到的訊號原封不動地送到所有連接埠。交換器(L2交換器)是第2層(資料連結層)的設備,查看訊框的目的地MAC位址,只轉送到連接目的地的連接埠。路由器是第3層(網路層)的設備,依據封包的目的地IP位址與路由表,在不同網路之間轉送封包。連接同一網路內部的是集線器與交換器,連接網路與網路的是路由器。

項目集線器交換器(L2交換器)路由器
運作的層第1層(實體層)第2層(資料連結層)第3層(網路層)
使用的位址不使用。只是原封不動地中繼訊號MAC位址IP位址
處理的資料單位位元(電訊號)訊框封包
轉送方式送到接收埠以外的所有連接埠把來源MAC位址與連接埠的對應記在MAC位址表中,只送到目的地的連接埠。表中沒有的目的地與廣播,送到接收埠以外的所有連接埠(泛洪)從路由表中選出與目的地IP位址最長相符的路由,送往下一台路由器或目的地。轉送時會改寫訊框的MAC位址,並把TTL減1
碰撞網域所有連接埠共用一個。半雙工,同時傳送就會碰撞每個連接埠各自獨立。以全雙工使用時不會碰撞每個介面各自獨立
廣播網域所有連接埠共用一個所有連接埠共用一個。以VLAN劃分時,每個VLAN一個每個介面(網路)各自獨立。不轉送廣播
連接不同網路不能不能。連接同一網路(子網路)的內部能。許多也具備NAT或封包過濾的功能
配置位置的例子小規模的舊網路。現在幾乎都已被交換器取代把電腦、伺服器、無線基地台等連接到同一個LANLAN與網際網路的邊界,或公司內部網路的區段(子網路)之間

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

集線器
現在已被交換器取代,新選用的情況幾乎沒有。作為理解交換器運作時的比較基準,仍值得掌握。
交換器(L2交換器)
在同一網路內連接大量設備時。支援VLAN的產品,也能以一台設備在邏輯上劃分網路。
路由器
連接不同網路時。配置在LAN與網際網路的邊界或子網路之間,負責路徑選擇、NAT、封包過濾等。

常見問題

L3交換器與路由器有什麼不同?

L3交換器是在交換器上加入路由器功能(第3層轉送)的設備,能以硬體高速轉送VLAN之間的通訊。主要用在公司內部的LAN中,連接子網路或VLAN之間。路由器一般則廣泛具備網路邊界所需的功能,例如連接通往網際網路或其他據點的線路、NAT、VPN等。不過,依產品不同,功能範圍有所重疊。

家用寬頻路由器屬於哪一種?

它是把路由器、交換器、無線基地台等整合在一台的設備。LAN端的多個連接埠之間以交換器的方式相連,LAN與網際網路之間則以路由器的方式轉送,並以NAPT共用一個全球位址。許多產品也具備DHCP伺服器的功能。

使用交換器,廣播會減少嗎?

不會。交換器會把廣播訊框送到接收埠以外的所有連接埠,因此會送達所有相連的設備。交換器劃分的是碰撞網域。要劃分廣播送達的範圍,需要以VLAN劃分,或以路由器劃分網路。

為什麼集線器不再被使用?

在集線器中,所有連接埠共用一條通訊路徑,因此相連的設備越多,碰撞就越多,頻寬也必須彼此分享。此外,所有通訊都會流到所有連接埠,因此也能收到送給其他設備的通訊。交換器只轉送到目的地的連接埠,且每個連接埠都能以全雙工通訊,因此不同連接埠之間的通訊可以同時進行。

理解度檢測

在OSI參考模型中,使用IP位址這類邏輯位址,在不同網路之間轉送封包並送達目的地的是哪一層?

  1. A資料連結層(第2層)
  2. B網路層(第3層)
  3. C傳輸層(第4層)
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正確答案:B. 網路層(第3層)

OSI參考模型將通訊功能從實體層到應用層分為7層來整理。網路層(第3層)使用IP位址這類邏輯位址,跨越多個網路選擇通往目的地的路徑並轉送封包。其下的資料連結層只負責在同一網路內,以MAC位址把訊框送到相鄰的設備。傳輸層處理終端上應用程式之間的通訊,例如TCP會負責重傳與順序的管理。以設備來說,路由器運作於第3層,L2交換器運作於第2層。

與集線器(中繼器集線器)相比,下列何者正確描述了L2交換器的運作?

  1. A查看IP位址,在不同網路之間轉送封包
  2. B查看訊框的目的地MAC位址,只轉送到連接目的地設備的連接埠
  3. C總是把收到的訊框送到所有連接埠,只有目的地設備會接收
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正確答案:B. 查看訊框的目的地MAC位址,只轉送到連接目的地設備的連接埠

集線器是第1層的設備,會把某個連接埠收到的訊號原封不動地送到所有連接埠。因此所有相連的設備共用一條通訊路徑,同時傳送就會發生碰撞。L2交換器是第2層的設備,會把收到訊框的來源MAC位址與連接埠的對應記在表中(MAC位址表),只把訊框轉送到目的地MAC位址所連接的連接埠。對於表中還沒有的目的地或廣播訊框,則送到接收埠以外的所有連接埠(泛洪)。由於通訊依連接埠分開,不同連接埠之間的通訊可以同時進行。查看IP位址在不同網路之間轉送,是第3層路由器的工作。

在一台L2交換器上設定VLAN,將連接埠1~4設為VLAN 10,連接埠5~8設為VLAN 20。下列關於其運作的敘述,何者正確?

  1. AVLAN 10與VLAN 20接在同一台交換器上,所以不需路由器就能直接通訊
  2. B把VLAN分成兩個後,每個連接埠的通訊速度都會減半
  3. CVLAN 10的設備送出的廣播不會到達VLAN 20的連接埠,VLAN 10與VLAN 20之間的通訊需要路由器(或L3交換器)
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正確答案:C. VLAN 10的設備送出的廣播不會到達VLAN 20的連接埠,VLAN 10與VLAN 20之間的通訊需要路由器(或L3交換器)

VLAN(虛擬區域網路)是以交換器的連接埠等為單位,在實體上相同的設備上建立邏輯上各自獨立之網路的功能。每個VLAN的廣播可到達範圍(廣播網域)各自分開,交換器只在同一VLAN的連接埠之間轉送訊框。因此,像本例的VLAN 10與VLAN 20這樣不同VLAN之間的通訊,必須經過在第3層轉送的路由器或L3交換器。跨多台交換器使用VLAN時,會在訊框中加入IEEE 802.1Q所定義的標籤(VLAN ID),以區分訊框屬於哪個VLAN。VLAN可用來依部門劃分網路,或把訪客用的無線區域網路與公司內部網路隔開。

  1. 某終端(192.168.1.10/24,預設閘道 192.168.1.1)要把封包送到另一個網路上的伺服器 203.0.113.80。ARP快取為空時,終端以ARP查詢哪一個對象的MAC位址?
  2. 路由器的路由表中有 0.0.0.0/0(下一個轉送對象為路由器A)、10.0.0.0/8(路由器B)、10.1.0.0/16(路由器C)、10.1.2.0/24(路由器D)4條路由。目的地為 10.1.5.9 的封包會送往哪一台路由器?
  3. 下列關於動態路由的敘述,何者正確?

前往電腦網路基礎的練習題

相關名詞的解說

OSI參考模型
把通訊功能分為實體層、資料連結層、網路層、傳輸層、會議層、表現層、應用層7層來整理的模型。用來作為分別思考各層角色的共通語言。
MAC位址
在乙太網路與無線區域網路中,用來指定同一網路內設備的48位元位址。上位24位元代表製造商,在製造時分配給每個介面。
VLAN
虛擬區域網路。以交換器的連接埠等為單位,在實體上相同的設備上建立邏輯上各自獨立之網路(廣播網域)的功能。交換器之間以IEEE 802.1Q的標籤區分。
ARP
Address Resolution Protocol(位址解析協定)。根據IP位址查出同一網路上設備之MAC位址的協定。以廣播送出請求,由符合的設備回覆。
預設閘道
終端把送往其他網路之封包交給的路由器。終端以子網路遮罩判斷目的地是否在同一網路,若在外部就送給這台路由器。
NAT(網路位址轉譯)
改寫經過路由器之封包IP位址的技術。連同連接埠號碼一起改寫、讓多台終端共用一個全球位址的方式稱為NAPT(IP偽裝)。
子網路遮罩
表示IP位址上位幾位元屬於網路部分(網路部)的32位元值。寫成 255.255.255.0 的形式,與CIDR表示法的 /24 意義相同。

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