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Chapter 03

網路的組成元件

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本章提要 3-1 有線傳輸媒介 3-2 網路拓樸

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3-1 有線傳輸媒介 有線網路的傳輸媒介（ Media ）從最早的

同軸電纜到應用最廣的雙絞線 , 以及傳輸速度無人能敵的光纖 , 都是本節的主角。對於想進入網路世界的人 , 了解這 3 種傳輸媒介的特性 , 是必備的知識喔！

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3-1-1 同軸電纜 在區域網路中 , 採用同軸電纜（ Coaxial

Cable ）的網路以 10Base2 為代表 , 採用的是 RG 58 A / U 同軸電纜 (RG: Radio Guide, 0.5cm in diameter), 其構造如下：

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同軸電纜 中心導體 ： RG 58 A / U 的中心導體為多

芯銅線（ Stranded Copper ） , 網路上高速變動的電子訊號 , 主要就是靠它來傳遞。絕緣體：用來隔絕中心導體和導電網 , 避免短路。

導電網：環繞中心導體的一層金屬網 , 這層導電網一般做為接地之用 , 在傳輸的過程中 , 它可用來當作中心導體的參考電壓 , 也可防止電磁波干擾。

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同軸電纜 外層包覆：用來保護網路線 , 避免受到外

界的干擾﹔另外它也可以預防網路線在不良環境（如潮濕、高溫）中受到氧化或其它損壞。

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容易混淆的其它線材 我們在選購 RG 58 A / U 纜線的時候 , 可

能會發現一些模樣很類似的線材 , 例如下面這種 RG 59 纜線 , 其中央的導體為單芯線 , 與 RG 58 所用的多芯線明顯不同。

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容易混淆的其它線材

RG58: 0.5cm in diameter 50RG59: 1cm in diameter 75

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容易混淆的其它線材 至於使用 RG 59 來架 10Base2 網路 ,

行不行得通呢？玩玩看或許可以 , 但是它的阻抗與頻寬都與 RG 58 A / U 不同 , 為了保險起見 , 還是乖乖使用真正的 RG 58 A / U 同軸電纜線吧！

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同軸電纜的優缺點 同軸電纜因為有雙層的保護（金屬銅網和

絕緣外皮） , 較不易受外界（例如：電磁波和溼氣）干擾 , 而且使用壽命也較長。

不過同軸電纜和雙絞線相比之下 , 頻寬較窄 , 而且也很重 , 同樣提著 200 米的線材 , 同軸電纜可是重得讓人手軟。

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3-1-2 雙絞線 一般兩芯的電線 , 多為外覆絕緣材料的兩條平行

銅線 , 而雙絞線（ Twisted Pair ）卻是由成對外覆絕緣材料的銅線對絞而成。

為何要『兩兩對絞』呢？因為使用電流傳送訊號時 , 一定會產生電磁場 , 進而導致電磁干擾（ Electromagnetic Interference, EMI ）的現象。

『兩兩對絞』可降低兩條線路傳送訊號時所產生的電磁場相互干擾的影響 , 且對絞的次數愈多抗干擾的效果愈好 , 因此被選為佈設網路的線材。

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雙絞線

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雙絞線 從整體結構來看 , 雙絞線一般可分為兩種：

無遮蔽式雙絞線（ Unshi elded Twisted Pair, UTP ）和遮蔽式雙絞線（ Shielded Twisted Pair, STP ） , 兩種線皆有各自的特點 , 以下我們就分別來探討。

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遮蔽式雙絞線遮蔽式雙絞線外部最大的特色 , 是在絞線

和外皮間夾有一層銅網或金屬層的遮蔽 , 因此抑制外來電磁干擾的能力更好。

這樣的結構 , 使得纜線的外觀較粗 , 且傳輸品質較佳 , 但價錢也較昂貴。

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遮蔽式雙絞線

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無遮蔽式雙絞線 從名稱上不難理解 , 無遮蔽式雙絞線在絞

線和外皮間沒有銅網或金屬遮蔽層 , 因此不具有防止干擾的作用。但其價錢較低 , 使用率遠大於遮蔽式雙絞線 , 所以常見的雙絞線大多是無遮蔽式雙絞線。

一般使用者若無特別需求 , 使用這種無遮蔽式雙絞線即可。

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無遮蔽式雙絞線

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同為雙絞線的電話線 電話線也是屬於雙絞線的一種 , 不過只有

1 對 , 至多 2 對絞線 , 這是因為語音資料傳輸 , 並不需要用到 4 對絞線 , 1 對絞線就綽綽有餘了！

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雙絞線的分類 雙絞線依照所使用的線材不同而有不同的

傳輸效能 , 目前最普遍的是 Cat 5, 速度可達 100 Mbps 。

而雙絞線的明日之星則是 Cat 6, 用於 1000BaseT 網路 , 速度可達 1000 Mbps, 在某些特定的實驗狀況下甚至可達到 2.4 Gbps 。

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雙絞線的分類

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雙絞線的顏色根據 EIA / TIA 568 B 的規定 , 雙絞的線

的每條芯線都有特定的顏色與編號 , 如下表：

EIA: Electronic Industries AllianceTIA: Telecommunications Industry Association

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雙絞線的優缺點 雙絞線的優點就是便宜 , 再者 , 雙絞線的維護和佈線彈性也很好。不過事無雙好 , 雙絞線雖然很便宜 , 但是比較不耐用 , 而且較容易受到電磁干擾。

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3-1-3 光纖 光纖（ Optical Fiber ）的材質是極細小的玻璃纖維或塑膠 , 彈性很好（當然 , 超過一定角度的彎曲還是會壞的） , 非常適合傳輸光波訊號： 軸芯（ Core ）：通常使用玻璃材質 , 用來傳

送光波訊號。被覆層（ Cladding ）：折射率低的物質 , 當

光波訊號在軸芯傳送時 , 可透過被覆層與軸芯的接觸面進行反射。

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光纖 外皮（ Coating ）：不透光的材質 , 用以隔絕

外在的干擾源 , 也能保護脆弱的軸芯。

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光纖的類型 光纖依照其軸芯的模式 , 又可以分為兩種：

單模式光纖（ SMF, Single Mode Fiber ）：軸芯直徑較細 , 約 5 ～ 10 微米 , 適合長距離傳輸 , 價格昂貴 , 散射率小 , 傳輸效能極佳。

多模式光纖（ MMF, Multi Mode Fiber ）：軸芯直徑較寬 , 約 50 ～ 100 微米 , 適合短距離傳輸 , 價格較低 , 傳輸效率略差於單模式光纖。

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光纖的優缺點 光纖最大的優點有 3 項：

傳輸速度快：光纖的傳輸速度可以超過 2 Gbps, 為目前傳輸速率最高的媒介。

抗電磁干擾：因為光纖是用光波傳輸訊號 , 幾乎不受電磁干擾的影響。

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光纖的優缺點 傳輸安全性高：光纖在傳輸時不會有光波訊號散射出來 , 因此不用擔心被人從散射的能量中盜取資訊。再者 , 光纖一旦被截斷 , 要用熔接或研磨的方式才能接起來 , 因此若有人想要截斷纜線竊取資訊 , 不但費時費力 , 而且較易被發現。

不過優點也會是缺點 , 因為製作光纖接頭較麻煩 , 所以架設不易 , 而且光纖的價格很高 , 實在不適合一般小型區域網路使用。

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3-2 網路拓樸 網路 , 用最簡單的說法解釋就是：只要彼此的電腦能互相連通 , 就算是構成了一個網路。那麼連通的方式是否有一定的限制呢？

當然有囉！試想當老師要求一群小朋友手拉手坐下來時 , 如果沒有講清楚要排成什麼形狀 , 小朋友們就搞不清楚是該一字排開、連成一條長龍？或是圍成一個圓圈圈？

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網路拓樸 同理 , 將多部電腦連成一個網路時 , 通常依據所連成的幾何形狀加以分類 ,這些幾何形狀 , 若以網路術語來說 , 就是『拓樸』（ Topology ）；再說得白話一點兒 , 就是整個網路的『長相』。

目前已發展出來的區域網路拓樸 , 大致分成以下 3 種：匯流排（ Bus ）網路星狀（ Star ）網路 環狀（ Ring ）網路

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3-2-1 匯流排網路 『一條腸子通到底』的特性

匯流排網路的優缺點

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『一條腸子通到底』的特性匯流排架構的主要特性 , 就是『以一條共

用的網路線來連接所有電腦』 , 不過這種說法其實是有語病的 , 因為它並非真的是『一條』很長的網路線 , 其實是『很多條較短』的網路線所接起來的。

所以從巨觀角度來看 , 它算是一條網路線；但是從微觀角度來看 , 應該是許多段網路線所銜接成的。

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『一條腸子通到底』的特性

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匯流排網路的優缺點匯流排網路在早期非常盛行 , 因為它具有

成本低廉和佈線簡單的優點。只要買足了網路線、接頭和網路卡 , 不需

要其它額外的網路設備 , 就可以架起匯流排網路 , 達到資源共享的目的。

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匯流排網路的優缺點 不過簡單的架構背後 , 難免會存在一些缺

失 , 首先是只要其中任何一段線路故障 , 整個網路就癱瘓了 , 而且在追查該故障線路時比較麻煩；其次是要加入或減少一部電腦時 , 也會使網路暫時中斷 , 這兩項主要缺點在日益重視網路管理的今日 , 使得匯流排網路逐漸消失在網路舞台上。

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3-2-2 星狀網路 『鞏固領導中心』的特性

星狀網路的優缺點

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『鞏固領導中心』的特性星狀網路是繼匯流排架構後興起的網路架

構 , 此種網路不再是『手牽手 , 前一個接後一個』 , 而是所有電腦都接到一個特殊裝置 , 該裝置通常是『集線器』（ Hub ） , 藉由集線器在各電腦間傳遞訊號。換言之 , 以集線器為中心向外成放射狀 , 因此稱為星狀（ Star ）網路。

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『鞏固領導中心』的特性

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星狀網路的優缺點 其實星狀網路的優點也就是彌補匯流排網

路的缺點：局部線路故障只會影響局部區域 , 不會導致整個網路癱瘓。除非整個網路只有一部集線器 , 而碰巧問題出在集線器 , 這樣才會使整個網路都停擺。

追查故障點時相當方便 , 通常從集線器的燈號便能很快得知。

新增或減少電腦時 , 不會造成網路中斷。

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星狀網路的優缺點 至於它的唯一缺點 , 便是必須增加一筆購買集線器的成本 , 但是由於集線器的價格日益滑落 , 使得這個缺點的影響逐漸縮小 , 因此星狀網路已成為目前小型區域網路的趨勢。

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3-2-3 環狀網路 『棒棒接力』的特性 環狀網路的優缺點邏輯拓樸與實體拓樸

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『棒棒接力』的特性顧名思義 , 環狀網路是將電腦連成一個環

（ Ring ） , 每部電腦依照位置不同而有一個順序編號 , 訊號會依照該順序編號以『接力』方式傳遞 , 傳到最後一棒時再傳給第一棒。

以下頁圖為例 , X 電腦欲傳送資料給 Z 電腦時 , 必須先傳給 Y 電腦 , Y 電腦收到訊號後發現這不是給自己的 , 於是再傳給 Z 電腦。

在正常情況下 , 每部電腦都是接收前一部電腦傳來資料 , 不能跳過中間的電腦直接傳送。

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『棒棒接力』的特性

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環狀網路的優缺點前兩種網路其實都還有共同的缺點 , 那就

是可能發生兩部（或多部）電腦同時傳送資料 , 因此發生了訊號碰撞（ Collision, 詳見第 4-3-3 節） , 導致整個網路暫時無法工作。但是環狀網路就不會有這個問題 , 因為在環狀網路上的電腦要傳送訊號前 , 必須先取得『令牌』（在英文稱為 Token） , 有令牌的電腦才准傳送 , 而令牌只有一張 , 並且是按照順序編號輪流傳遞 , 所以不會發生碰撞情形。

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環狀網路的優缺點 至於其缺點 , 則是因為在目前市場上環狀

網路的軟硬體設備成本較高 , 連帶影響到其普及性。

另外 , 若任一線路或節點故障 , 則整個環狀網路便會癱瘓 , 不過這個問題可以採用備援線路的方式解決。

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環狀網路的優缺點

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環狀網路的優缺點 當主要線路上任一段網路線損毀時 , 可以利用備援線路讓網路繼續運作 , 不會因此中斷。

不過這種方式只能避免線路故障 , 若是節點故障 , 網路仍會癱瘓。而且這種雙環狀網路架構 , 架設成本較高 , 一般只有光纖網路才會採用這種模式。

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邏輯拓樸與實體拓樸 環狀網路的另一項特點 , 在於邏輯拓樸與實體拓樸可以不同。

邏輯拓樸指的是其資料傳輸方式 , 實體拓樸指的則是實際佈線的模樣。

下圖是標準的環狀網路 , 實體拓樸與邏輯拓樸模樣都相同。

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邏輯拓樸與實體拓樸

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邏輯拓樸與實體拓樸 但是有時候我們會看到如下圖般 , 實體拓樸

為匯流排網路 , 但資料傳輸方式卻是環狀網路的有趣模樣：

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邏輯拓樸與實體拓樸 當然 , 也有可能看到如下圖一樣的環狀網路：

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邏輯拓樸與實體拓樸 所以在了解網路拓樸時 , 記得不要只從佈

線方式來看 , 也必須由邏輯拓樸上觀察 , 才能正確地判斷出到底是何種拓樸模式喔！

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3-3-3 中繼器與集線器 訊號在網路上傳遞時 , 因為線材本身的阻

抗會使訊號愈來愈弱 , 導致訊號衰減失真 , 當網路線的長度超過建議使用距離時 , 也應該是訊號已衰減到幾乎無法辨識的時候 , 若想再繼續傳遞下去 , 必然要為訊號『打氣』 , 將訊號還原成原來的強度。

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中繼器 中繼器（ Repeater ）主要的功能就是將收到的訊號重新整理 , 使其恢復原來的波形和強度 , 然後繼續傳送下去 , 如此訊號就可以傳得更遠。也由於中繼器的功能極為單純 , 因此對應到 OSI 模型裡 , 中繼器是位在最底層─實體層（ Physical Layer ）─工作。

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中繼器 因為中繼器只是單純的把訊號重新整理再

送出去 , 所以不管中繼器兩端連接的線材為何 , 只要是相同的網路架構 , 都可以利用中繼器加強訊號 , 延長傳輸距離。

像下方照片裡的中繼器便可以將雙絞線、光纖和同軸電纜線連接起來。

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中繼器

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集線器集線器（ Hub ）是 10BaseT 和

100BaseTX 網路都會用到的設備 , 在本質上它也是一種中繼器 , 所以也是位於實體層的設備。集線器上面的 RJ-45 插槽通常稱為 Port, Port 數目的多寡並沒有一定 , 從 4 Ports 到 32 Ports 皆屬常見 , 更大型的集線器甚至採用模組化架構 , 每插入一片類似介面卡的集線器模組 , 就能擴充數十個 Port, 這種集線器有時又稱為 Concentrator 。

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堆疊式集線器（ Stackable Hub ）假使共享式集線器的插槽不夠用 , 就得將

Hub 串接起來 , 10 Mbps 的 Hub 可使用同軸電纜線或 UTP 線連接 , 至於 100 Mbps 的 Hub, 則只適合以 UTP 線串接（因同軸電纜線受限於 10 Mbps 的頻寬）。但是這種串接方式仍受到『 5-4-3 原則』的限制 , Hub 的數量不能太多 , 如果 Port 數目還是不夠用 , 改用『堆疊式集線器』應該是最佳的解決方案。

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堆疊式集線器（ Stackable Hub ）堆疊式集線器背後通常有串接專用接頭 , 並且會附贈專用的 UTP 線 , 用來連接疊在上方（或下方）的堆疊式集線器 , 而且這些疊在一起的集線器視為 1 台大的集線器 , 換言之 , 即使疊了 3 個集線器 , 但是在計算是否符合『 5-4-3 原則』時 , 只算是 1 個集線器而非 3 個集線器 , 因此在擴充上具有更大的彈性。

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什麼是『 5-4-3 原則』？乙太網路最多只能使用 4 個中繼器（包含

中繼式集線器） , 所以會形成 5 個區段 , 但只有 3 個區段可以連接電腦 , 其餘兩個區段因為不能連接電腦 , 只能用來延伸距離 , 故稱為 IRL （ Inter Repeater Link）。而整個原則當中分別出現了 "5" 、 "4" 、 "3" 三個數字 , 便慣稱為『 5-4-3 規則』方便記憶。

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什麼是『 5-4-3 原則』？

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3-3-4 橋接器 在乙太網路上 , 訊號的傳遞是採用『廣

播』的方式 , 任何訊號上了網路 , 每一台電腦都收得到 , 然而某些訊號只需要在網路的某個區域內傳遞 , 假使傳到不必要的區域 , 只是徒增干擾 , 影響整體效能。為了合理限制網路訊號的傳送 , 我們會使用橋接器（ Bridge ）適當地切割網路。

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橋接器 當資料送抵橋接器後 , 橋接器會判斷訊號該不該傳到另一端 , 假使不需要 , 就將它攔截下來 , 以減少網路的負載；只有當資料需要穿過網路到另一端的電腦上 , 橋接器才會放行。以橋接器的功能來看 , 可對應到 OSI 模型中的鏈結層（ Data Link Layer ）中。

舉例來說 , 我們用一個橋接器將整個網路分為兩區（如下圖）：

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橋接器

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橋接器假設橋接器的上方網路為 1 區、下方為 2 區 ,

當 A 電腦要傳資料給 B 電腦時 , 訊號廣播到橋接器就會被攔住 , 當橋接器發現 A 、 B 電腦同在 1 區 , 表示此訊號沒必要傳到 2 區 , 便將該訊號丟棄 , 如此便能減少對 2 區的干擾；若 A 電腦要傳資料給 C 電腦 , 橋接器便讓訊號通過。

因此 , 如果 A 電腦經常傳輸的對象為 C 或 D 電腦 , 那麼幾乎所有訊號都得通過橋接器 , 等於是喪失了橋接器的過濾作用 , 由此可知橋接器的擺放位置很重要。

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橋接器 不過令人疑惑的是：橋接器為什麼能判斷收件者所在的網路呢？這是因為橋接器裡會有一張清單 , 裡面記載了每台電腦所在的區域。

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橋接器

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橋接器 如同上圖 , 橋接器在收到 A 電腦給 B 電腦的資料時 , 會根據清單去判斷 B 電腦所在的網路 , 同樣的 , 若 A 電腦要傳給 C 電腦時 , 橋接器也是利用清單去判斷 , 而允許訊號通過。

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橋接器 但是有一點我們要特別注意：橋接器並不

會阻擋廣播封包（ Broadcast packet ）。橋接器之所以能判斷是否要將資料轉送 ,

是因為傳送資料的封包中 , 都會指定要由那台電腦來接收 , 但是廣播封包就像是現實社會中的廣告信一樣 , 並不會指定收件者。

在這種情況下 , 橋接器無法判斷收件者是誰 , 便會將封包轉送給所有的網路區段了。

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3-3-5 第 2 層交換器第 2 層交換器（ Layer 2 Switch ）屬於鏈結層（ Data Link Layer ）的設備 , 又稱為交換式集線器（ Switch Hub ）或多埠橋接器（ Multi-port Bridge ） , 因為它同時具備了集線器和橋接器的功能。

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第 2 層交換器第 2 層交換器會記憶哪個位址接在哪個 Port, 並據以決定該將封包送往何處 , 而不會送到其它不相關的 Port, 因此未受影響的 Port 可以繼續對其它 Port 傳送資料 , 突破了集線器只能有一對 Port 在工作的限制。

對一台高階的 N Port 100 Mbps 交換器而言 , 假如每兩個 Port 以全雙工模式互傳資料 , 由於每對 Port 傳輸資料時都擁有 200 Mbps 的頻寬 , 因此可以獲得理論上的最大傳輸頻寬為 100 × N Mbps 。

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第 2 層交換器

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第 2 層交換器 但是 , 如果多個 Port 的封包要送到相同目

的地時 , 還是會發生搶用的情形。以上圖為例 , 若 A 電腦、 C 電腦和 D 電腦都要傳資料給 B 電腦 , 那就回到了共享式集線器的情形 , 3 台電腦在搶用 100 Mbps 頻寬了。

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3-3-6 路由器 路由器（ Router ）係工作於 OSI 模型中

的網路層（ Network Layer ）。不過筆者認為『路由器』這個名稱不夠清楚 , 因為許多人還是不懂何謂『路由』？不如將它譯為『路徑選擇器』來的貼切 , 因為它最主要的功用 , 就是在不同的網路間選擇一條最佳的傳輸路徑。以下圖為例 , 從 LAN 1 傳資料到 LAN 2 有兩條路徑：

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路由器