在建置網路環境時，Hub、Switch 和 Router 是三種最常見的設備。雖然它們看起來相似，都有多個網路孔可以連接設備，但實際功能和運作方式卻大不相同。
本文將用簡單易懂的方式，說明這三種設備的差異，幫助你在選購或使用時做出正確判斷。
Hub（集線器）：簡單但效率不佳的連接方式
Hub 的基本功能
Hub 的作用就是把多台電腦連接起來，形成一個簡單的網路。它有多個網路孔，每個孔都可以插一條網路線。
運作原理很單純
Hub 的工作方式非常直接：
- 只知道「有設備連上來了」，但不知道是什麼設備
- 當收到任何資料時，就複製一份發給所有連接的設備
- 完全沒有過濾或判斷功能
實際運作情況
假設有 4 台電腦連接到同一個 Hub：
- 電腦 A 要傳資料給電腦 B
- 資料先到達 Hub
- Hub 把這筆資料複製 3 份，分別送給電腦 B、C、D
- 雖然只有電腦 B 需要這筆資料，但 C 和 D 也會收到
使用 Hub 的問題
- 安全風險：所有資料都被廣播，容易被竊聽
- 頻寬浪費：大量不必要的資料傳輸
- 效能低落：設備越多，整體速度越慢
- 容易碰撞：多台設備同時傳輸時會互相干擾
目前 Hub 已經很少使用，主要被 Switch 取代。
Switch（交換器）：智慧化的資料交換
Switch 的優勢
Switch 外觀和 Hub 類似，但內建了智慧功能，能夠學習和記憶連接設備的資訊。
關鍵技術：MAC 位址學習
每個網路設備都有一個獨特的 MAC 位址（就像身分證號碼）。Switch 會：
- 記住每個設備的 MAC 位址
- 把 MAC 位址和對應的網路孔建立對照表
- 根據這個對照表，精確地傳送資料
Switch 內部的 MAC 位址對照表
以下是 Switch 內部儲存的對照表範例：
| 網路孔編號 | MAC 位址 | 設備名稱 | 學習時間 |
|---|---|---|---|
| Port 1 | AA:BB:CC:11:22:33 | 電腦 A | 09:15:30 |
| Port 2 | DD:EE:FF:44:55:66 | 電腦 B | 09:18:45 |
| Port 3 | 11:22:33:AA:BB:CC | 印表機 | 09:20:12 |
| Port 4 | 77:88:99:DD:EE:FF | 電腦 C | 09:25:08 |
智慧運作過程
有了這個對照表，Switch 就能精確傳送資料：
範例 1：電腦 A 傳給電腦 B
- 電腦 A 要傳資料給電腦 B
- 資料到達 Switch（包含目標 MAC 位址：DD:EE:FF:44:55:66）
- Switch 查看對照表，找到這個 MAC 位址對應 Port 2
- Switch 只把資料傳送到 Port 2
- 只有電腦 B 會收到資料
範例 2：電腦 A 傳給電腦 C
- 電腦 A 要傳資料給電腦 C
- 資料到達 Switch（包含目標 MAC 位址：77:88:99:DD:EE:FF）
- Switch 查看對照表，找到這個 MAC 位址對應 Port 4
- Switch 只把資料傳送到 Port 4
- 只有電腦 C 會收到資料
重點：電腦 A 可以傳資料給任何連接到同一個 Switch 的設備，Switch 會根據目標設備的 MAC 位址，自動找到正確的網路孔進行傳送。
Switch 的明顯優勢
- 提升安全性：資料只傳給需要的設備
- 節省頻寬：消除不必要的資料廣播
- 增進效能：每個網路孔可以同時收發資料
- 減少干擾：避免資料碰撞問題
Router（路由器）：連接不同網路的橋樑
Router 的核心任務
Router 的主要功能是連接不同的網路，讓它們之間可以互相通訊。最常見的應用就是連接家裡的網路和網際網路。
IP 位址處理能力
Router 和 Hub、Switch 最大的差別在於處理的位址類型：
MAC 位址 vs IP 位址的差異
| 特性 | MAC 位址 | IP 位址 |
|---|---|---|
| 用途 | 識別網路卡硬體 | 識別網路中的設備位置 |
| 格式 | AA:BB:CC:11:22:33 | 192.168.1.100 |
| 特性 | 固定不變，出廠就決定 | 可以改變，由網路管理員分配 |
| 作用範圍 | 僅限同一網路內 | 可跨越不同網路 |
| 比喻 | 像是身分證號碼 | 像是郵寄地址 |
實際運作差異：
- Hub/Switch：處理 MAC 位址，只能在同一網路內運作
- Router：處理 IP 位址，可以在不同網路間傳送資料
為什麼需要兩種位址？
- MAC 位址：讓 Switch 知道「這是哪台設備」
- IP 位址：讓 Router 知道「這台設備在哪個網路」
Router 的判斷機制
當 Router 收到資料時，會進行以下判斷：
- 檢查資料的目標 IP 位址
- 判斷目標是在本地網路還是其他網路
- 如果是本地網路，就接收資料
- 如果是其他網路，就轉發到正確的網路
實際運作範例
情境設定：
假設公司內部是「紅色網路」（IP 範圍：192.168.1.x），外面有各種不同顏色的網路：
- 藍色網路（IP 範圍：10.0.1.x）
- 綠色網路（IP 範圍：172.16.1.x）
- 黃色網路（IP 範圍：203.45.67.x）
Router 如何處理進來的資料：
- 從網際網路來的資料包含各種目標 IP 位址
- 目標是 192.168.1.50 → Router 接收（屬於紅色網路）
- 目標是 10.0.1.25 → Router 轉發給藍色網路
- 目標是 172.16.1.100 → Router 轉發給綠色網路
- 目標是 203.45.67.80 → Router 轉發給黃色網路
跨網路通訊詳細流程
場景：紅色網路的電腦要瀏覽 Google 網站
- 發起連線
- 紅色網路電腦（192.168.1.10）要連到 Google（8.8.8.8）
- 電腦發送資料：「我要連到 8.8.8.8」
- 本地 Router 判斷
- 紅色網路的 Router 收到資料
- 檢查目標 IP：8.8.8.8 不在 192.168.1.x 範圍內
- 判斷：「這是要出去的資料」
- 送出到網際網路
- Router 把資料包裝，加上路由資訊
- 傳送到網際網路服務提供商（ISP）的 Router
- 網際網路上的跳轉
- ISP Router 1：「8.8.8.8 不在我這裡，轉給下一個 Router」
- ISP Router 2：「8.8.8.8 不在我這裡，轉給下一個 Router」
- Google 的 Router：「8.8.8.8 在我這裡！」
- 到達目標
- Google 的 Router 把資料傳給正確的伺服器（8.8.8.8）
- 伺服器處理完請求，準備回傳資料
- 回程路徑
- Google 回傳資料，目標是 192.168.1.10
- 經過多個 Router 跳轉，最終回到紅色網路的 Router
- 紅色網路 Router：「192.168.1.10 是我的內部電腦」
- 把資料傳給正確的電腦
重點概念：
- 路由表：每個 Router 都有一張路由表，記錄「哪些 IP 範圍該往哪裡送」
- 跳轉機制：資料在網際網路上會經過多個 Router，每個 Router 都會檢查目標 IP 並決定下一站
- 雙向通訊：去程和回程可能走不同路徑，但都能正確到達目的地
三種設備的關鍵差異
工作層級不同
- Hub：最基本的連接，沒有智慧功能
- Switch：智慧化的內網管理，處理 MAC 位址
- Router：網路間的通訊，處理 IP 位址
使用場景
- Hub：已經淘汰，了解概念即可
- Switch：區域網路內部的設備連接
- Router：連接內網與外網，或不同網路之間
資料處理方式
- Hub：廣播給所有設備
- Switch：精確傳送給目標設備
- Router：根據 IP 位址決定傳送路徑
實際網路架構
完整的網路配置
在實際應用中，這些設備通常會一起使用：
- Router 連接網際網路，作為整個網路的對外閘道
- Switch 連接到 Router，管理內部多台設備
- 各種設備（電腦、印表機、伺服器）連接到 Switch
資料流向
- 對外連線：設備 → Switch → Router → 網際網路
- 內網通訊：設備 A → Switch → 設備 B
- 外來資料：網際網路 → Router → Switch → 目標設備
總結
理解 Hub、Switch、Router 的差異，關鍵在於認識它們處理資料的方式：
- Hub：無差別廣播，效率低但概念簡單
- Switch：智慧轉送，是現代區域網路的標準配置
- Router：跨網路通訊，連接內外網的重要設備
掌握這些基本概念，不僅有助於建置適合的網路環境，也能在遇到網路問題時更容易找到解決方向。選購設備時，記得要根據實際需求和預算來決定，不要一味追求最高規格，適合才是最重要的。