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玖富理财官网:详解:VLAN、三层交换机、网关、DNS、子网掩码、MAC地址

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VLAN中文是“虚拟局域网”。LAN可以是由少数几台家用计算机构成的网络,也可以是数以百计的计算机构成的企业网络。听上面的概念,肯定有不少朋友是一头雾水的,什么是虚拟局域网?好好的,为什么要划分vlan?

作者:佚名来源:思科CCIE俱乐部|2019-09-29 00:04

一、什么是VLAN

VLAN中文是“虚拟局域网”。LAN可以是由少数几台家用计算机构成的网络,也可以是数以百计的计算机构成的企业网络。VLAN所指的LAN特指使用路由器分割的网络——也就是广播域。

听上面的概念,肯定有不少朋友是一头雾水的,什么是虚拟局域网?好好的,为什么要划分vlan?

1. 举个简单的例子:

一所高中,新学期高一招了800个学生,这800个学生,如果放在一个班里,那肯定是管理不过来,面对800个人,老师看了也头疼,这边在授课,那边完全听不到,老师布置什么任务,也会有一些传达不到,老师要是想找某个学生的信息,要从800份信息中去找,极其麻烦,浪费时间;

而实际中,也是一样,电脑A要想要与电脑B通信,于是电脑A就需要发送arp请求,而网络中电脑众多,最终ARP请求会被转发到同一网络中的所有电脑,才能找到电脑B,如此一来,为了找到电脑B,消耗了网络整体的带宽,收到广播信息的计算机还要消耗一部分CPU时间来对它进行处理。造成了网络带宽和CPU运算能力的大量无谓消耗。

2. 那么怎么办呢?

学校就针对这800个学生,分成了10个班,每个班80人,分别命名为高一(1)班,高一(2)班......高一(10)班,每个人都会获得一个班级编号。

  • 1101表示一班01号学生。
  • 1102表示一班02号学生。
  • 1201表示二班01号学生。

同一个班的学生编号尾数不同,其它的都相同。

那么这样老师再管理起来就轻松多了,可以把一班这80人管理的妥妥的,隔壁2班与3班乱成一锅粥也不管一班的事,我就要这一班80人好好上课就行。

这就是vlan,每个班就相当于一个vlan。而每个班名称,就相当于vlan的名称,而每个学生的编号就是ip地址;

同班同学(同一个vlan的ip),因为同一个教室,朝夕相处,且可以相互通信,不同班的同学,若不做其它工作,很难往来通信。

所以同一个vlan间,可以相互通信;不同vlan,若不做配置,不能相互通信。

那么不同vlan如何通通信呢?就需要单臂路由与三层交换机。

二、单臂路由与三层交换机

我们知道要实现不同vlan间通信,就必须需要有路由功能,不同VLAN之间相互通信的两种方式(单臂路由、三层交换机)。

1. 什么是单臂路由?

单臂路由的实现方式,其实就是普通二层交换机加路由器,从而实现不同vlan间的可以互相通信。

2. 那什么是三层交换机呢?

对于小型的网络,单臂路由可以应付,但随着VLAN之间流量的不断增加,很可能导致路由器成为整个网络的瓶颈,出现掉包、或者通信堵塞。

为了解决上述问题,三层交换机应运而生。三层交换机,本质上就是“带有路由功能的(二层)交换机”。

路由属于OSI参照模型中第三层网络层的功能,因此带有第三层路由功能的交换机才被称为“三层交换机”。

关于三层交换机的内部结构,可以参照下面的简图。

在一台本体内,分别设置了交换机模块和路由器模块;而内置的路由模块与交换模块相同,使用ASIC硬件处理路由。因此,与传统的路由器相比,可以实现高速路由。

并且,路由与交换模块是汇聚链接的,由于是内部连接,可以确保相当大的带宽,所以对于正规的项目,需要使用三层交换机来实现网网络间的通信。

三、什么是网关

在了解了vlan与三层交换机后,能不能通信,还需要看网关是否正确。

1. 什么是网关?

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在传输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。

2. 如何来理解网关?

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”。

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。

3. 网关的ip地址

网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址,网关在网段内的可用ip中选一个,不过,一般用的是第1个和最后一个。

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255.255.255.0;

如果需要与其它网段通信,那么它的网关可以设置为192.168.1.1,当然也可以设置为网段内其它的一个ip地址。

  • 网络B:的IP地址范为“192.168.2.1~192.168.2.254”,子网掩码255.255.255.0。

如果需要与其它网段通信,那么它的网关可以设置为192.168.2.1,当然也可以设置为网段内其它的一个ip地址。

4. 网关是如何实现通信?

在没有路由器的情况下,不同的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B向网络A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。

5. 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。

四、什么是DNS

DNS是域名解析服务器(Domain Name System),是把网址变成IP地址的服务器。

DNS说白了是把域名翻译成IP地址用的,这里面举个例子,大家就很容易清楚了。

例如,我们在浏览器里面输入www.baidu.com的时候,机器要跟百度这个网站进行通信,机器要往外面发送数据包,数据包里面要写百度这台服务器的IP地址。

我们不知道IP地址是多少,那么就需要主机问DNS服务器,DNS服务器就自动帮我们把www.baidu.com这个域名翻译成了IP地址61.135.169.105。然后写到了数据包的目的IP地址里面就可以进行通信。

就跟我们写信一样,你得写个收信人的地址邮局才能给你发送吧,你给国外写信,你写中文地址邮局不认识,需要这个一个人帮你翻译成英语。这就是DNS的作用,所以你的在本地连接里面写DNS才可以正常浏览网页,如果不设置DNS,是无法正常访问网页的。

五、MAC地址

MAC是网络中用来标识网卡设备的唯一网络地址。由相关硬件制造商统一分配,每台电脑的MAC地址都是唯一的。

做个比喻,你经常搬家,你每搬一次家都有一个地址,XX小区XX单元XX号,这个就是IP。但是你的名字不变,这个就是MAC,不同的是我们的MAC不允许重名。

我们的IP分为两个部分:如上图分为网络部分和主机部分。网络部分好比就是你在XX省XX市XX镇,这个是国家固定下来了的。但是XX小区XX单元XX号是开发商自己定的。两个编号加起来就是你的ip了。

不同的是在现实中两个编号的长度是固定的,在网络上A、B、C、D的ip地址却是变化的。

六、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,还是在远程网上。

子网掩码的设定必须遵循一定的规则。与二进制IP地址相同,子网掩码由1和0组成,且1和0分别连续。

子网掩码的长度也是32位,左边是网络位,用二进制数字“1”表示,1的数目等于网络位的长度;右边是主机位,用二进制数字“0”表示,0的数目等于主机位的长度。

这样做的目的是为了让掩码与ip地址做按位与运算时用0遮住原主机数,而不改变原网络段数字,而且很容易通过0的位数确定子网的主机数(2的主机位数次方-2,因为主机号全为1时表示该网络广播地址,全为0时表示该网络的网络号,这是两个特殊地址)。

只有通过子网掩码,才能表明一台主机所在的子网与其他子网的关系,使网络正常工作。

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