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1.什么是网关

大家都知道，从一个房间走到另一个房间，必然要经过一扇门。同样，从一个网络向另一个网络发送信息，也必须经过一道“关口”，这道关口就是网关。顾名思义，网关（Gateway）就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。也就是网络关卡。

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。默认网关在网络层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。

那么网关到底是什么呢？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）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。

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。默认网关。默认网关一般填写x.x.x.1。默认网关必须是电脑自己所在的网段中的IP地址，而不能填写其他网段中的IP地址。

2.什么是子网掩码

子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在广域网上。

2.1 子网掩码的作用和功能

子网掩码是在IPv4地址资源紧缺的背景下为了解决lP地址分配而产生的虚拟lP技术，通过子网掩码将A、B、C三类地址划分为若干子网。通过逻辑运算，将IP地址划分为网络标识(Net.ID)和主机标识(Host.ID)，只有网络标识相同的两台主机在无路由的情况下才能相互通信。

子网掩码是一个32位的2进制数， 其对应网络地址的所有位都置为1，对应于主机地址的所有位都置为0。

子网掩码告知路由器，地址的哪一部分是网络地址，哪一部分是主机地址，使路由器正确判断任意IP地址是否是本网段的，从而正确地进行路由。网络上，数据从一个地方传到另外一个地方，是依靠IP寻址。从逻辑上来讲，是两步的。第一步，从IP中找到所属的网络，好比是去找这个人是哪个小区的；第二步，再从IP 中找到主机在这个网络中的位置，好比是在小区里面找到这个人。

2.2 如何判断两个计算机是否属于同一网络

通过计算机的子网掩码判断两台计算机是否属于同一网段的方法是，将计算机十进制的IP地址和子网掩码转换为二进制的形式，然后进行二进制“与”(AND)计算（全1则得1，不全1则得0），如果得出的结果是相同的，那么这两台计算机就属于同一网段。

2.3 划分子网

子网掩码机制提供了子网划分的方法。其作用是：减少网络上的通信量；节省IP地址；便于管理；解决物理网络本身的某些问题。使用子网掩码划分子网后，子网内可以通信，跨子网不能通信，子网间通信应该使用路由器，并正确配置静态路由信息。划分子网，就应遵循子网划分结构的规则。就是用连续的1在IP地址中增加表示网络地址，同时减少表示主机地址的位数。例如，IP地址为130.39.37.100，网络地址为130.39.0.0、子网地址为130.39.37.0、子网掩码为255.255.255.0，网络地址部分和子网标识部分为“1”所对应，主机标识部分为“0”所对应。 使用CIDR表示为：130.39.37.100/24即IP地址/ 掩码长度。其中第三个字节上的255 所对应的8位二进制数值就是将主机地址位数借给了网络地址部分，充当了划分子网的位数。

2.3.1如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网：

• 1)27=11011
• 2)该二进制为五位数，N = 5
• 3)将B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置1（B类地址的主机位包括后两个字节，所以这里要把第三个字节的前5位置1），得到 255.255.248.0
• 即为划分成27个子网的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码（实际上是划成了32-2=30个子网）。

2.3.2如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成若干子网，每个子网内有主机700台：

• 1) 700=1010111100
• 2)该二进制为十位数，N = 10
• 3)将该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置1，得到255.255.255.255
• 然后再从后向前将后10位置0，即为： 11111111.11111111.11111100.00000000
• 即255.255.252.0。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址168.195.0.0的子网掩码。

2.4 IPV6 和子网掩码的关系

IPv6中没有子网掩码的概念，也没有网络号与主机号的概念。在IPV6中前缀长度就可以当作子网掩码来理解。接口ID可以当作主机号来理解。在Windows XP中，IPv6地址的前缀长度默认为64位。IPv6的地址空间过于广大，可能一个子网的子网都要比整个IPv4的世界要大很多，所以子网的概念在IPv6世界里已经淡化了。但是，同一站点的主机要想直接通信（不经过路由器），还是要求前缀相同才行的。

3.交换机工作原理

交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的MAC地址，并把它添加入内部MAC地址表中。

交换机属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于OSI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中MAC地址，直接根据MAC地址产生选择转发端口算法简单，便于ASIC实现，因此转发速度极高。

3.2交换机与集线器区别

• 从OSI体系结构来看，集线器属于第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。也就是说集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对于数据传输中的短帧、碎片等无法进行有效的处理，不能保证数据传输的完整性和正确性；而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形，而且可以过滤短帧、碎片等。
• 从工作方式看，集线器是一种广播模式，也就是说集线器的某个端口工作的时候，其它所有端口都能够收听到信息，容易产生广播风暴，当网络较大时网络性能会受到很大影响；而交换机就能够避免这种现象，当交换机工作的时候，只有发出请求的端口与目的端口之间相互响应而不影响其它端口，因此交换机就能够隔离冲突域并有效地抑制广播风暴的产生。
• 从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，其它端口只能等待，同时集线器只能工作 在半双工模式下；而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时不影响其它端口的工作，同时交换机不但可以工作 在半双工模式下而且可以工作在全双工模式下。

3.3二层交换机、三层交换机、四层交换机

3.3.1 二层交换机

二层交换技术的发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。

3.3.2 三层交换机

兼具有路由功能的二层交换机，在网际之间第一次通信时建立路由关系，在之后的多次通信就采用交换机的方式。在实际应用过程中，典型的做法是：处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由，用三层交换机来代替路由器，而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时，才通过专业路由器。

下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。

使用IP的设备A————————三层交换机————————使用IP的设备B

比如A要给B发送数据，已知目的IP，那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与自己在同一网段。如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个ARP请求，B返回其MAC地址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。

如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，这个缺省网关的IP对应第三层路由模块，所以对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址（由源主机A完成）；然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据（三层交换机要确认是由A到B而不是到C的数据，还要读取帧中的IP地址。），就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说的一次路由多次转发。

3.3.3 四层交换机

第四层交换的一个简单定义是：它是一种功能，它决定传输不仅仅依据MAC地址(第二层网桥)或源/目标IP地址（第三层路由），而且依据TCP/UDP(第四层) 应用端口号。第四层交换功能就象是虚IP，指向物理服务器。它所传输的业务服从各种各样的协议，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器基础上，需要复杂的载量平衡算法。