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计算机网关原理、子网掩码原理(路由器、交换机)(网关:与以太网接口关联的路由)

2023-07-13

在这里插入图片描述

网关

计算机网关(Computer Gateway)是指连接两个或多个不同网络的设备或系统。它可以是硬件设备(如路由器)或软件程序(如网络代理服务器),用于在不同网络之间进行数据传输和转发。网关的主要功能是将来自一个网络的数据包转发到另一个网络,并且能够处理不同网络之间的协议转换和地址转换。网关还可以提供网络安全功能,如防火墙和网络地址转换(NAT)。在互联网中,网关是连接本地网络和公共互联网之间的关键设备。

网关的历史

网关的历史可以追溯到计算机网络的早期发展阶段。以下是一些关键的里程碑和发展:

  1. 早期的计算机网络:20世纪60年代和70年代,计算机网络开始出现,如ARPANET(美国国防部高级研究计划局网络)和X.25网络。这些网络使用了早期的网关设备,用于连接不同的计算机和网络。

  2. 网关的出现:随着计算机网络的发展,人们意识到需要一种设备来连接不同的网络,并实现数据传输和转发。这导致了网关的出现,既可以是硬件设备,也可以是软件程序。

  3. 网关的功能扩展:随着时间的推移,网关的功能得到了扩展。除了简单的数据传输和转发外,网关还开始提供更高级的功能,如协议转换、地址转换、安全性和流量控制等。

  4. 互联网的发展:20世纪90年代,互联网开始迅速发展,成为全球范围内的计算机网络。在互联网中,网关起着至关重要的作用,连接本地网络和公共互联网之间的数据传输。

  5. 网关的进化:随着技术的不断进步,网关设备也在不断演化和改进。现代的网关设备通常具有更高的性能、更复杂的功能和更强大的安全性。

总的来说,网关在计算机网络的发展中起到了重要的作用,它连接不同的网络,实现数据传输和转发,并提供各种功能和安全性。随着技术的进步,网关设备也在不断演化和改进,以适应不断变化的网络需求。

网关的功能

  1. 数据转发:网关接收来自源网络的数据包,并根据目标网络的地址信息将数据包转发到相应的目标网络。它通过查看数据包的目标IP地址来确定数据包应该被发送到哪个网络。

  2. 路由选择:网关根据网络拓扑和路由表来选择最佳的路径将数据包从源网络转发到目标网络。它使用路由协议(如OSPF、BGP等)来学习网络拓扑和路由信息,并根据这些信息进行路由选择。

  3. 地址转换:网关还可以执行地址转换(NAT)的功能。当数据包从一个网络转发到另一个网络时,网关可以将源IP地址和端口号进行转换,以隐藏源网络的真实地址。这对于实现网络安全和解决IP地址冲突问题非常有用。

  4. 数据过滤和安全:网关可以根据配置的规则对数据包进行过滤和安全检查。它可以根据源IP地址、目标IP地址、端口号等信息来决定是否允许或拒绝数据包的传输。这有助于保护网络免受恶意攻击和未经授权的访问。

网关的原理

当我们在家里或办公室中使用路由器连接到互联网时,路由器就是我们的网关。网关的原理可以用以下通俗的方式来解释:

想象一下你住在一个大楼里,每个房间都有一个门牌号(IP地址),而大楼的大门就是网关。当你想要发送一封信给大楼外的某个人时,你将信放在信封中,并写上收件人的门牌号(目标IP地址)。然后,你将信交给大楼的管理员(网关)。

管理员(网关)收到信后,会查看信封上的门牌号(目标IP地址),然后决定将信送到哪个房间(目标网络)。管理员可能需要查看一张地图(路由表)来确定最佳的送信路径。一旦确定了目标房间,管理员就会将信送到该房间,并将信放在收件人的信箱中。

同样地,当你从互联网上请求一个网页时,你的计算机会将请求发送给路由器(网关)。路由器会查看请求中的目标IP地址,并决定将请求发送到哪个设备或服务器。路由器可能需要查看路由表来确定最佳的路径。一旦确定了目标设备,路由器就会将请求发送给该设备,并将响应返回给你的计算机。

所以,网关就像是一个大楼的大门,它连接着内部的房间(网络)和外部的世界(互联网)。它负责将数据包从一个网络转发到另一个网络,并确保数据能够正确到达目标。同时,网关还可以提供安全性和管理功能,以保护网络免受恶意攻击和未经授权的访问。

相关疑问

为什么用子网掩码与IP地址进行与运算来确定一个IP地址所属的子网?

子网掩码与IP地址进行与运算是用来确定一个IP地址所属的子网的操作。

子网掩码(Subnet Mask)是一个32位的二进制数,用于将一个IP地址划分为网络地址和主机地址两部分。它的作用是指示IP地址中哪些位用于表示网络地址,哪些位用于表示主机地址。

IP地址与子网掩码进行与运算的过程是将IP地址和子网掩码的对应位进行逻辑与操作。逻辑与操作的规则是,只有当两个对应位都为1时,结果才为1;否则,结果为0。

通过将IP地址与子网掩码进行与运算,可以得到网络地址。网络地址是指在同一个子网中,所有主机共享的部分。而主机地址则是指在同一个子网中,每个主机独有的部分。

例如,假设有一个IP地址为192.168.1.100,子网掩码为255.255.255.0。将它们进行与运算,得到的结果是192.168.1.0。这个结果就是该IP地址所属的子网的网络地址。

通过与运算,可以确定一个IP地址所属的子网,从而进行网络划分、路由和通信等操作。

网关地址是谁定的,是配置路由的人随意定的吗?(配置人员定的)

网关地址与子网掩码和IP地址密切相关,并且由网络管理员或配置路由的人来设置。

在一个局域网中,网关地址是指连接该局域网与其他网络之间的设备或系统的IP地址。它通常是一个路由器或交换机的IP地址。网关地址在网络配置中起到重要的作用,它是数据包从一个网络传输到另一个网络的出口。

网关地址的设置需要考虑子网掩码和IP地址。通常情况下,网关地址与IP地址在同一个子网中,即它们的网络地址部分是相同的。例如,如果一个IP地址是192.168.1.100,子网掩码是255.255.255.0,那么网关地址通常会设置为192.168.1.1或192.168.1.254。

网关地址的设置是由网络管理员或配置路由的人来决定的。他们需要根据网络拓扑、路由策略和网络需求来选择合适的网关地址。通常情况下,网关地址应该是一个可用的、不与其他设备冲突的IP地址。

配置正确的网关地址对于网络通信是至关重要的,它决定了数据包如何从一个网络传输到另一个网络。因此,在网络配置中,网关地址的设置需要仔细考虑和规划。

如何正确设置网关地址(路由器地址)?(设备地址与网络地址的区别)(192.168.1.0是一个网络地址,而不是一个有效的网关地址)

在IPv4中,网络地址通常是指网络的起始地址,而不是用于标识特定设备的地址。例如:192.168.1.0是一个网络地址,而不是一个有效的网关地址。

网关地址应该是一个可用的、不与其他设备冲突的IP地址。通常情况下,网关地址应该是一个与IP地址在同一个子网中的地址,而不是网络地址。

如果将网关地址设置为192.168.1.0,可能会导致网络连接无法正常工作。因为网关地址不是一个有效的网关地址,系统将无法正确路由数据包到其他网络。

正确的做法是将网关地址设置为一个有效的IP地址,通常是与IP地址在同一个子网中的地址,如192.168.1.1。这样系统才能正确地将数据包发送到网关,并通过网关连接到其他网络。

ipv4中ip最后一位是0表示网络地址,最后一位是255表示广播地址

在IPv4中,IP地址由32位二进制数表示,通常以点分十进制的形式表示。IP地址的最后一位通常用于标识特定设备或主机。

根据IPv4的规范,IP地址中的最后一位不能为0,因为0通常用于表示整个子网或网络。例如,192.168.1.0表示整个192.168.1.0/24子网,而不是特定的设备或主机。

因此,在常见的网络配置中,IP地址的最后一位通常是从1到254的数字,用于标识特定的设备或主机。例如,192.168.1.1、192.168.1.2等都是有效的IP地址。

需要注意的是,IP地址中的0和255有特殊用途。0通常用于表示网络地址,255通常用于表示广播地址。这些地址在网络配置中有特殊的含义,不应该用于标识特定的设备或主机。


网络地址和广播地址是IPv4网络中的特殊地址,用于标识整个网络或广播数据到网络中的所有设备。

  1. 网络地址(Network Address):
    网络地址是用来标识整个网络的地址。在IPv4中,网络地址通常是指网络的起始地址,用于表示整个网络的范围。网络地址通常是IP地址中最后一位为0的地址。

例如,对于IP地址192.168.1.0/24,其中192.168.1.0就是网络地址,表示整个192.168.1.0/24子网的起始地址。

网络地址在网络配置中有特殊的含义,通常不能用于标识特定的设备或主机。它用于表示整个网络的范围,而不是特定的设备。

  1. 广播地址(Broadcast Address):
    广播地址用于将数据包发送到网络中的所有设备。当一个设备发送广播数据包时,它会将数据包发送到广播地址,然后网络中的所有设备都会接收到该数据包。

在IPv4中,广播地址通常是指网络中的最后一个地址,用于广播数据包。广播地址通常是IP地址中最后一位为255的地址。

例如,对于IP地址192.168.1.0/24,其中192.168.1.255就是广播地址,表示将数据包广播到192.168.1.0/24子网中的所有设备。

广播地址在网络配置中有特殊的含义,用于将数据包发送到网络中的所有设备。它可以用于向整个网络发送通知、请求或其他广播消息。

需要注意的是,广播地址只能在本地网络中使用,不能跨越不同网络进行广播。因为路由器通常会阻止广播跨越不同网络传播,以避免网络拥塞和安全问题。

总结:
网络地址用于标识整个网络的起始地址,广播地址用于将数据包广播到网络中的所有设备。网络地址通常是IP地址中最后一位为0的地址,广播地址通常是IP地址中最后一位为255的地址。这些地址在网络配置中有特殊的含义,不能用于标识特定的设备或主机。

路由器的地址就是网关地址吗?(是)

路由器的地址通常就是网关地址。

在一个局域网中,网关地址是指连接该局域网与其他网络之间的设备或系统的IP地址。而在大多数情况下,这个设备就是路由器。

路由器是一种网络设备,用于将数据包从一个网络转发到另一个网络。它通常具有多个网络接口,每个接口连接到不同的网络。其中一个接口连接到局域网,另一个接口连接到公共互联网或其他网络。

因此,当我们在网络配置中设置网关地址时,通常会将路由器的IP地址作为网关地址。这样,数据包就可以通过路由器转发到其他网络。

需要注意的是,不是所有的设备都可以作为网关。只有具备路由功能的设备,如路由器或一些高级交换机,才能作为网关。其他设备,如普通的交换机或主机,通常不能作为网关。

如何正确描述一个网络地址?如何正确设置路由器地址(网关地址)?

192.168.1.0是一个网络地址,用于表示整个192.168.1.0/24子网的起始地址。在网络中,网络地址是用来标识整个网络的,而不是用来标识特定设备的。

路由器的地址应该是一个可用的、不与其他设备冲突的IP地址。通常情况下,路由器的地址应该是与IP地址在同一个子网中的地址,而不是网络地址。

在一个典型的局域网中,常见的做法是将路由器的地址设置为子网中的第一个可用地址或最后一个可用地址。例如,如果子网的IP地址范围是192.168.1.0/24,那么可以将路由器的地址设置为192.168.1.1或192.168.1.254。

因此,不建议将路由器的地址设置为192.168.1.0,而是应该选择一个有效的、不与其他设备冲突的IP地址作为路由器的地址。

在描述子网的时候,为什么在ip最后加/24?

在描述子网时,IP地址后面的“/24”是一个CIDR(Classless Inter-Domain Routing)表示法,用于指定子网掩码的长度。

IPv4地址由32位二进制数表示,通常以点分十进制的形式表示。子网掩码用于确定IP地址中哪些位用于网络标识,哪些位用于主机标识。

子网掩码由一串连续的1和0组成,其中1表示网络标识,0表示主机标识。子网掩码的长度表示网络标识的位数。

例如,对于子网掩码255.255.255.0,它的二进制表示为11111111.11111111.11111111.00000000,其中前24位是网络标识,后8位是主机标识。

CIDR表示法使用斜杠后面的数字来表示子网掩码的长度。例如,/24表示子网掩码的长度为24位,即前24位是网络标识,后8位是主机标识。

因此,当我们说一个IP地址是192.168.1.0/24时,表示该IP地址属于一个子网,子网掩码的长度为24位,即前24位是网络标识,后8位是主机标识。

CIDR表示法使得描述子网更加简洁和灵活,可以准确地指定子网的范围和子网掩码的长度。

子网通常都是/24吗?(不)

不,通常并不是所有的子网都是/24。

在常见的网络配置中,子网的掩码长度可以是不同的,具体取决于网络的规模和需求。

/24是一个常见的子网掩码长度,也被称为“类C子网掩码”。它将IP地址的前24位用于网络标识,后8位用于主机标识。这种子网掩码长度适用于小型家庭网络或小型办公室网络,可以支持最多254个主机。

然而,对于大型网络或需要更多主机的网络,可能需要使用更长的子网掩码。例如,/16子网掩码将IP地址的前16位用于网络标识,后16位用于主机标识,可以支持最多65534个主机。

因此,子网掩码的长度可以根据网络的规模和需求进行调整。较小的子网掩码长度可以提供更多的主机地址,但可能会浪费IP地址空间。较大的子网掩码长度可以提供更多的网络地址,但可能限制了可用的主机数量。

在实际网络配置中,根据需要选择适当的子网掩码长度是很常见的做法。

交换机的作用是什么?

交换机是计算机网络中的一种设备,它的作用是在局域网(LAN)内部传输数据。交换机可以连接多台计算机、服务器、打印机等设备,并通过交换机内部的转发表来决定将数据包转发到哪个设备。

交换机的作用如下:

  1. 数据转发:交换机接收到来自源设备的数据包,并根据目标设备的MAC地址将数据包转发到相应的目标设备。它通过查看数据包中的目标MAC地址来确定数据包应该被发送到哪个设备。

  2. 内部转发表:交换机内部维护着一个转发表,记录了每个设备的MAC地址和与之对应的接口。当交换机接收到数据包时,它会查找转发表,找到目标设备的MAC地址,并将数据包转发到相应的接口。

  3. 广播和多播:交换机可以将广播和多播数据包传输到所有连接的设备。广播数据包是发送给局域网内的所有设备,而多播数据包是发送给特定组内的设备。交换机会将这些数据包复制并转发到所有接口,以确保所有设备都能收到。

  4. 数据过滤:交换机可以根据配置的规则对数据包进行过滤。它可以根据源MAC地址、目标MAC地址、VLAN标识等信息来决定是否允许或拒绝数据包的传输。这有助于提高网络的安全性和性能。

总之,交换机在局域网内起到连接设备和转发数据的作用。它通过查找目标设备的MAC地址,并根据转发表将数据包转发到相应的设备。交换机还可以进行广播和多播传输,并提供数据过滤的功能,以确保数据能够正确传输,并提高网络的安全性和性能。

如果是局域网,可以不需要路由器,只用交换机就可以了吗?(是)

是的,对于纯粹的局域网(LAN),只使用交换机是可以的。在局域网中,所有设备都在同一个网络中,没有需要连接到其他网络的需求。因此,只使用交换机就足够满足局域网内设备之间的通信需求。

交换机可以提供高速、低延迟的数据传输,适用于连接多台计算机、服务器、打印机等设备的局域网。它可以根据目标设备的MAC地址将数据包直接转发到相应的设备,实现快速的数据转发。

然而,如果局域网需要连接到其他网络(如互联网)或与其他局域网进行通信,就需要使用路由器。路由器可以连接不同的网络,并负责在这些网络之间进行数据传输和路由选择。它使用路由协议学习网络拓扑和路由信息,并根据这些信息进行路由选择。

所以,如果局域网只需要内部设备之间的通信,只使用交换机就足够了。但如果需要与其他网络进行连接或与其他局域网进行通信,就需要使用路由器来实现跨网络的数据传输。

用netplan设置固定ip时,为什么要加上网关、子网掩码、域名服务器地址?

在使用netplan设置固定IP时,需要指定网关、子网掩码和域名服务器地址的原因如下:

  1. 网关(Gateway):网关是连接本地网络与其他网络之间的出口点。当设备需要与其他网络通信时,数据包需要通过网关进行转发。指定网关地址是为了确保设备能够正确地路由数据包到其他网络。

  2. 子网掩码(Subnet Mask):子网掩码用于划分IP地址中的网络部分和主机部分。它定义了网络中主机的数量和网络的范围。通过指定子网掩码,设备可以确定本地网络的范围,并将数据包正确地发送到本地网络中的其他设备。

  3. 域名服务器地址(DNS Server):域名服务器用于将域名解析为对应的IP地址。当设备需要访问互联网或其他网络资源时,它需要将域名转换为IP地址。通过指定域名服务器地址,设备可以向域名服务器查询域名对应的IP地址,以便进行网络通信。

通过在netplan配置文件中指定网关、子网掩码和域名服务器地址,可以确保设备在使用固定IP时能够正确地路由数据包、划分网络范围,并进行域名解析。这样可以确保设备能够正常地与其他网络通信,并访问互联网和其他网络资源。

(还是每太搞懂,还是在时间中去验证学习吧)

局域网内的两台主机,需要子网掩码相同才能通信吗?(不是,交换机或路由器可能会自动进行子网掩码的处理和转发,但为了避免不必要的麻烦,最好设置相同)

通常来说,局域网内的两台主机需要具有相同的子网掩码才能进行通信。

子网掩码用于划分IP地址中的网络部分和主机部分。在局域网中,所有的主机都应该使用相同的子网掩码,以确保它们能够正确地识别彼此是否在同一个网络中。

当两台主机需要进行通信时,它们会比较彼此的IP地址和子网掩码。如果两台主机的IP地址的网络部分相同,并且它们的子网掩码也相同,那么它们就被认为在同一个网络中,可以直接进行通信。

如果两台主机的子网掩码不同,那么它们将无法正确地判断彼此是否在同一个网络中,从而无法直接进行通信。

但是,在某些情况下,即使没有正确设置子网掩码,主机仍然可以与局域网内其他主机通信的原因是因为网络设备(如交换机或路由器)会自动进行子网掩码的处理和转发。

当一个主机发送数据包到局域网上的其他主机时,它会将目标主机的IP地址和自己的子网掩码进行逻辑运算,以确定目标主机是否在同一个子网中。然后,它会将数据包发送到局域网上的所有主机。

当交换机或路由器接收到数据包时,它会检查数据包的目标IP地址,并根据自己的路由表判断目标主机是否在同一个子网中。如果目标主机在同一个子网中,交换机或路由器会将数据包转发给目标主机。如果目标主机不在同一个子网中,交换机或路由器会将数据包转发到相应的子网。

在这个过程中,交换机或路由器会根据自己的配置和网络拓扑来处理子网掩码。即使主机没有正确设置子网掩码,交换机或路由器仍然可以根据自己的配置来判断目标主机是否在同一个子网中,并进行相应的转发。

然而,尽管网络设备可以自动处理子网掩码,但建议正确设置子网掩码以确保网络的正常运行和避免潜在的问题。正确设置子网掩码可以提高网络的安全性和性能,并避免一些潜在的网络故障。

如果局域网内有交换机,交换机又接了路由器,那谁的ip才是网关?(路由器)

如果交换机连接了路由器,那么路由器的IP地址将成为网关。

在这种情况下,交换机仍然负责在局域网内部转发数据包,而路由器则负责将数据包从局域网转发到其他网络,如互联网。

当设备需要与其他网络通信时,它会将数据包发送到路由器的IP地址,然后路由器将根据路由表将数据包转发到正确的目标网络。

因此,在这种情况下,路由器的IP地址将被配置为网关地址,而交换机的IP地址仅用于局域网内部的通信。

那这种情况下,为主机设置固定ip,网关应该填交换机ip还是路由器ip?(路由器ip)

在这种情况下,为主机设置固定IP时,网关应该填写路由器的IP地址。

当主机需要与其他网络通信时,它会将数据包发送到路由器的IP地址,然后路由器将负责将数据包转发到正确的目标网络。

交换机的IP地址仅用于局域网内部的通信,主机不需要直接与交换机进行通信。因此,主机的网关应该设置为路由器的IP地址,以便主机能够正确地将数据包发送到路由器,然后由路由器进行转发。

请注意,主机的IP地址和子网掩码应该与局域网内的其他设备保持一致,以确保它们在同一个网络中,并且能够正确地进行通信。(注意:子网掩码不一致可能也能通信,见上👆)

局域网内的两台主机,需要网关相同才能通信吗?(不)

不,局域网内的两台主机不需要网关相同才能通信。

在局域网中,主机之间的通信是通过局域网交换机实现的,而不是通过网关。网关主要用于将局域网与其他网络(如互联网)连接起来。

当两台主机在同一个局域网中时,它们可以直接进行通信,无需经过网关。主机之间的通信是基于它们的IP地址和子网掩码来判断是否在同一个网络中。

只有当主机需要与其他网络通信时,才需要通过网关进行转发。在这种情况下,主机会将数据包发送到网关的IP地址,然后网关将负责将数据包转发到目标网络。

因此,两台主机在局域网内通信时,不需要网关相同。只有当需要与其他网络通信时,才需要配置正确的网关地址。

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