全面讲解vlan、三层交换机、网关、DNS、子网掩码、MAC地址
弱电干货 2022-09-20

我们现在做的弱电工程,经常用到网络知识,比如vlan、三层交换机、网关、DNS、子网掩码、MAC地址等方面的知识,作为从业人员,我们对这些知识了解并熟知的。

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?


这里举个例:通俗的了解

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。


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2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)。


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。



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。


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。

如何来理解网关

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”。


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。


网关的ip地址

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,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。


例如



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。

    

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(如附图所示)。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。


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


讲到MAC地址,就不得不提ip地址,这里顺便把ip地址也说下。


IP与MAC

虽然现在已经ipv6了,但我们基本用的大多数还是ipv4协议,所谓ip就是你电脑整个网络的编号。其他电脑想访问电脑就得需要这个编号。但是这个编号很多情况下是一直在变化的。唯一不变的是你的MAC地址:物理地址。

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,你没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,这个在前天有详细讲到。




六、子网掩码


子网掩码是为了区分网络位和主机位,上面我们说到过,一个ip地址是由网络部分和主机部分。正如一个人的名字由姓与名组成。

那么我们可以把IP地址比作一个人的名字,那么子网掩码就像是一份名单,可以快速的知道那些人同姓,那些人不同姓,把同姓的人分在一组,让他们之前可以互相交流。


举个例子



有一个网段是192.168.1.0-192.1.254,这个网段就像一个村子一样,就称它为安防村,此这网段有个ip地址是192.168.1.1,我们就叫他安防一,另外一个人叫安防二,它的ip地址为192.168.1.2,我们一看他们,就知道他们是同村的。


另外有一个网段,是192.168.0.0——192.168.255.254,我们叫它安村,村里有个同样有两个ip地址为92.168.1.1与192.168.1.2,也叫安防一,安防二,那么问题来了?这个时候,如何区分他们是属于那个村的?

这个时候就需要子网掩码了来判断他们是属于那个网段的,需要把安防一、安防二带到村里去认下,就知道他们是属于那个村了,安防村的网段是255.255.255.0,安村的网段是255.255.0.0。


网络中也会出现类似于“同名”“同姓”的ip地址,如何区分他们到底是属于那个网段,就需要依靠子网掩码了。

  

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