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网关Gateway是一个设备或一台计算机它负责不同网络之间的通信。简单来说网关相当于两个不同网络的“桥梁”它可以将一个网络上的数据包转发到另一个网络。当计算机或设备想要通过网络与外部通信时往往需要通过网关设备来完成这个过程。网关可以是硬件设备也可以是运行特定软件的计算机。 文章目录 网关的作用为什么计算机需要填写网关地址网关的工作原理示意为什么需要填写网关两个不同子网如何实现跨网段通信假设两个子网的网络结构如下两个子网之间通信的工作原理跨子网的通信过程 路由表的作用结论 网关的作用
网关在计算机网络中的作用主要体现在以下几个方面 不同网络之间的协议转换 不同的网络可能使用不同的通信协议。网关充当协议转换器的角色使得两个使用不同协议的网络可以互相理解并交换数据。例如局域网LAN中的计算机可能使用以太网协议而广域网WAN可能使用TCP/IP协议网关负责处理这种协议转换。 路由功能 网关设备通常也充当路由器的角色负责将数据包从一个网络传输到另一个网络。具体来说当计算机发出请求时如果目标IP地址不在本地网络内数据包就会被转发到网关由网关决定如何将数据包送往目标地址。 流量控制与安全性 网关可以设置访问控制列表ACLs限制哪些设备可以访问特定的网络或服务起到防火墙的作用。它还可以对流量进行管理避免网络的拥塞确保数据的顺畅传输。
为什么计算机需要填写网关地址
在现代计算机网络中网络设备都需要知道如何与其他网络通信。每台设备都拥有一个唯一的IP地址用于标识其在网络中的位置。当一台计算机需要访问局域网外的资源比如互联网时它无法直接找到目标的路径。此时计算机需要通过网关来进行通信。
假设有一台计算机它的IP地址是192.168.1.100网关的地址是192.168.1.1。网络设备知道如何通过网关来转发数据包。计算机的默认网关指向192.168.1.1时当它需要访问外部网络比如目标地址是203.0.113.5而这个目标地址不在局域网内时计算机会将数据包发送到网关192.168.1.1。网关接收到数据包后会按照相应的路由表把数据包转发到外部网络。
可以通过符号链表的方式来简单表示计算机的网络路径
计算机192.168.1.100 - 网关192.168.1.1 - 互联网203.0.113.5在此过程中网关充当了连接不同网络的“桥梁”使得计算机可以与外部网络进行通信。
网关的工作原理示意
可以把网关的工作过程看作是数据包从计算机到目标网络的“传送带”每一站都在做特定的操作。这个过程可以通过链表的形式表示为
计算机192.168.1.100 - 本地网络192.168.1.0/24 - 网关192.168.1.1 - 其他网络例如203.0.113.5计算机发送数据请求。本地网络确认数据目标是否在本地网络内。如果目标在本地网络内直接通信如果目标在外部网络需要转发给网关。网关接收到数据包后检查目标IP地址并根据路由表决定如何将数据包转发到外部网络。其他网络网关将数据包传递到外部网络中的目标地址。
为什么需要填写网关
如果计算机没有填写网关地址或者填写了错误的网关地址它就无法访问本地网络以外的资源。计算机会尝试直接向目标网络发送数据包但由于目标网络不在本地子网内数据包会丢失无法到达目标。
在默认情况下操作系统会要求用户配置网关地址。当用户配置了网关后计算机就知道如何访问外部网络网关设备会充当中转站确保数据包能够顺利到达外部网络的目标。
两个不同子网如何实现跨网段通信
在一个典型的网络架构中网络会根据不同的需求和规模被划分为多个子网Subnet。每个子网都有自己的IP地址范围而不同子网之间的通信则需要通过一个设备通常是网关来实现。下面我们来详细解释两个子网通过网关实现通信的原理。
假设两个子网的网络结构如下
子网1IP地址范围是 192.168.1.0/24网关地址为 192.168.1.1。子网2IP地址范围是 192.168.2.0/24网关地址为 192.168.2.1。
这两个子网虽然都属于同一个大型网络但由于它们各自拥有不同的子网地址它们无法直接通过普通的方式进行通信。如果一个计算机如 192.168.1.100希望与另一个子网中的计算机如 192.168.2.100进行通信数据包必须通过网关来实现跨子网的通信。
两个子网之间通信的工作原理 子网内通信 每个子网内部的计算机使用本地子网掩码来决定目标IP是否属于本子网。例如192.168.1.100 通过 255.255.255.0 子网掩码判断目标地址 192.168.1.200 仍然属于本子网。因此它会直接通过以太网或局域网进行通信不需要通过网关。 跨子网通信 如果 192.168.1.100 想与 192.168.2.100 通信首先它会使用本地的子网掩码255.255.255.0判断目标IP192.168.2.100是否在同一子网内。由于目标地址不在 192.168.1.0/24 子网范围内计算机会将数据包发送给默认网关192.168.1.1。 数据包发送到网关 计算机 192.168.1.100 将数据包发送到网关 192.168.1.1。在这个过程中数据包的源地址是 192.168.1.100目标地址是 192.168.2.100但是网关会做两件事情 查看路由表网关会根据目标IP地址192.168.2.100的路由表决定如何将数据包转发到正确的子网。如果该网关有通往 192.168.2.0/24 子网的路由它就会将数据包转发到正确的出口。转发到目标子网在网关的路由表中假设它有到达 192.168.2.0/24 网络的路由信息网关会将数据包转发到 192.168.2.0/24 子网中的另一个网关192.168.2.1。 目标计算机接收数据包 一旦数据包到达 192.168.2.1子网2的网关该网关会检查目标地址 192.168.2.100并将数据包直接转发给目标计算机 192.168.2.100。 响应过程 如果目标计算机 192.168.2.100 要回复响应数据包的过程基本相同。计算机会将数据包发送给它的默认网关192.168.2.1网关再将数据包路由到源计算机的网关192.168.1.1最后通过 192.168.1.1 将数据包送回 192.168.1.100。 跨子网的通信过程
假设有两个子网 192.168.1.0/24 和 192.168.2.0/24计算机 192.168.1.100 想与 192.168.2.100 通信我们可以通过符号链表的形式表示这一过程
计算机1192.168.1.100 - 子网1192.168.1.0/24 - 网关1192.168.1.1 - 子网2192.168.2.0/24 - 网关2192.168.2.1 - 计算机2192.168.2.100路由表的作用
网关之所以能实现两个子网之间的通信关键在于路由表。每个网关都维护着一张路由表用来决定如何转发不同目标的IP地址。简单来说路由表就是一个映射指明了目标IP地址与下一个跳点即网关之间的关系。例如 **网关1192.168.1.1**的路由表可能包含如下条目 192.168.2.0/24 - 192.168.2.1网关2 **网关2192.168.2.1**的路由表可能包含如下条目 192.168.1.0/24 - 192.168.1.1网关1
这些路由表条目使得网关能够知道如何根据目标IP地址转发数据包从而实现跨子网的通信。
结论
网关是计算机网络中不可或缺的一部分它扮演着不同网络之间的桥梁角色负责协议转换、数据转发以及流量管理。计算机需要填写网关地址确保它能够访问本地网络之外的资源避免数据包丢失。
