网关的工作原理

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1、什么是网关

首先要明白,网关(Gateway)本质上不是一个产品而是一个网络层的概念,网关(Gateway)就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。 计算机本身不具备路由寻址能力,所以计算机要把所有的 IP 包发送到一个默认的中转地址上面进行转发,也就是默认网关。这个网关可以在路由器上,可以在三层交换机上,可以在防火墙上,可以在服务器上,所以和物理的设备无关。


现实生活中,很多人也会把具有网关功能的设备称作是网关,比如路由器,这里要理解清楚。

按照不同的分类标准,网关也有很多种。TCP/IP 协议里的网关是最常用的,在这里我们所讲的“网关”均指 TCP/IP 协议下的网关。


网关实质上是一个网络通向其他网络的 IP 地址。

比如有网络 A 和网络 B,网络 A 的 IP 地址范围为“192.168.1.1~192. 168.1.254”,子网掩码为 255.255.255.0;网络 B 的 IP 地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”,子网掩码为 255.255.255.0。在没有路由器的情况下,两个网络之间是不能进行 TCP/IP 通信的,即使是两个网络连接在同一台交换机(或集线器)上,TCP/IP 协议也会根据子网掩码(255.255.255.0)与主机的 IP 地址作 “与” 运算的结果不同判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信,则必须通过网关。

如果网络 A 中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中,就把数据包转发给它自己的网关,再由网关转发给网络 B 的网关,网络 B 的网关再转发给网络 B 的某个主机。网络 A 向网络 B 转发数据包的过程。

所以说,只有设置好网关的 IP 地址,TCP/IP 协议才能实现不同网络之间的相互通信。那么这个 IP 地址是哪台机器的 IP 地址呢?网关的 IP 地址是具有路由功能的设备的 IP 地址,具有路由功能的设备有路由器、启用了路由协议的服务器(实质上相当于一台路由器)、代理服务器(也相当于一台路由器)。



2、默认网关


2.1 什么是默认网关


如果搞清了什么是网关,默认网关也就好理解了。就好像一个房间可以有多扇门一样,一台主机可以有多个网关。默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关,就把数据包发给默认指定的网关,由这个网关来处理数据包。现在主机使用的网关,一般指的是默认网关。


2.2 为什么默认网关最后一位总是 1?


网关的 IP 必须要和局域网在同一网段,比如一个局域网网段为 192.168.2.0/24,那么网关可以是 192.168.2.1-192.168.2.244 之间任意一位,其中 192.168.2.255 是广播地址,所以不能选择。

但是,在选择默认网关的时候,一般选择 192.168.2.1 或者是 192.168.2.244,因为这样比较好认,如果选择中间区域,在划分 IP 的时候,很容易冲突,选择两端的 IP 作为默认网关是最合适的,也是约定俗成的。

至于为什么我见得默认网关最后一位总是 1,可能就是因为习惯吧,或者说比 244 更常见。



3、不同网段通信的过程

  • 第一步:判断对方在不在同一个网段
  • 第二步:PC通过本地路由查找默认网关信息
  • 第三步:PC通过本地ARP表查找默认网关MAC地址
  • 第四步:封装后发送数据包至默认网关(路由器)
  • 第五步:默认网关(路由器)路由转发
  • 第六步:目标主机收到数据包后应答

总结;传输过程中数据包变化

源、目的IP地址不变
源、目的MAC地址每一跳都会改变



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