一文搞懂什麼是 vlan、三層交換機、網關、DNS、子網掩碼、MAC地址

一、什麼是VLAN

VLAN中文是“虛擬局域網”。LAN可以是由少數幾臺家用計算機構成的網絡,也可以是數以百計的計算機構成的企業網絡。VLAN所指的LAN特指使用路由器分割的網絡——也就是廣播域。

聽上面的概念,肯定有不少朋友是一頭霧水的,什麼是虛擬局域網?好好的,爲什麼要劃分vlan?

這裏舉個例:通俗的瞭解

一所高中,新學期高一招了800個學生,這800個學生,如果放在一個班裏,那肯定是管理不過來,面對800個人,老師看了也頭疼,這邊在授課,那邊完全聽不到,老師佈置什麼任務,也會有一些傳達不到,老師要是想找某個學生的信息,要從800份信息中去找,極其麻煩,浪費時間;

而實際中,也是一樣,電腦A要想要與電腦B通信,於是電腦A就需要發送arp請求,而網絡中電腦衆多,最終ARP請求會被轉發到同一網絡中的所有電腦,才能找到電腦B,如此一來,爲了找到電腦B,消耗了網絡整體的帶寬,收到廣播信息的計算機還要消耗一部分CPU時間來對它進行處理。造成了網絡帶寬和CPU運算能力的大量無謂消耗。

那麼怎麼辦呢?

學校就針對這800個學生,分成了10個班,每個班80人,分別命名爲高一(1)班,高一(2)班……高一(10)班,每個人都會獲得一個班級編號。

1101表示一班01號學生。
1102表示一班02號學生。
1201表示2班01號學生。

同一個班的學生編號尾數不同,其它的都相同。

那麼這樣老師再管理起來就輕鬆多了,可以把一班這80人管理的妥妥的,隔壁2班與3班亂成一鍋粥也不管一班的事,我就要這一班80人好好上課就行。

這就是vlan,每個班就相當於一個vlan,而每個班名稱,就相當於vlan的名稱,而每個學生的編號就是ip地址;同班同學(同一個vlan的ip),因爲同一個教室,朝夕相處,且可以相互通信,不同班的同學,若不做其它工作,很難往來通信。

所以同一個vlan間,可以相互通信;不同vlan,若不做配置,不能相互通信。

那麼不同vlan如何通通信呢?就需要單臂路由與三層交換機。

二、單臂路由與三層交換機

我們知道要實現不同vlan間通信,就必須需要有路由功能,不同VLAN之間相互通信的兩種方式(單臂路由、三層交換機)。

什麼是單臂路由?

單臂路由的實現方式,其實就是普通二層交換機加路由器,從而實現不同vlan間的可以互相通信。

那什麼是三層交換機呢?

對於小型的網絡,單臂路由可以應付,但隨着VLAN之間流量的不斷增加,很可能導致路由器成爲整個網絡的瓶頸,出現掉包、或者通信堵塞。

爲了解決上述問題,三層交換機應運而生。三層交換機,本質上就是“帶有路由功能的(二層)交換機”。路由屬於OSI參照模型中第三層網絡層的功能,因此帶有第三層路由功能的交換機才被稱爲“三層交換機”。

關於三層交換機的內部結構,可以參照下面的簡圖。

在一臺本體內,分別設置了交換機模塊和路由器模塊;而內置的路由模塊與交換模塊相同,使用ASIC硬件處理路由。因此,與傳統的路由器相比,可以實現高速路由。並且,路由與交換模塊是匯聚鏈接的,由於是內部連接,可以確保相當大的帶寬,所以對於正規的項目,需要使用三層交換機來實現網網絡間的通信。

三、什麼是網關

在瞭解了vlan與三層交換機後,能不能通信,還需要看網關是否正確。

1.什麼是網關

網關(Gateway)又稱網間連接器、協議轉換器。網關在傳輸層上以實現網絡互連,是最複雜的網絡互連設備,僅用於兩個高層協議不同的網絡互連。

2.如何來理解網關

大家都知道,從一個房間走到另一個房間,必然要經過一扇門。同樣,從一個網絡向另一個網絡發送信息,也必須經過一道“關口”,這道關口就是網關。顧名思義,網關(Gateway)就是一個網絡連接到另一個網絡的“關口”。

按照不同的分類標準,網關也有很多種。TCP/IP協議裏的網關是最常用的,在這裏我們所講的“網關”均指TCP/IP協議下的網關。

3.網關的ip地址

那麼網關到底是什麼呢?

網關實質上是一個網絡通向其他網絡的IP地址,網關在網段內的可用ip中選一個,不過,一般用的是第1個和最後一個。

例如

比如有網絡A和網絡B,
網絡A:的IP地址範圍爲“192.168.1.1~192. 168.1.254”,子網掩255.255.255.0;
如果需要與其它網段通信,那麼它的網關可以設置爲192.168.1.1,當然也可以設置爲網段內其它的一個ip地址。

網絡B:的IP地址範爲“192.168.2.1~192.168.2.254”,子網掩碼255.255.255.0。
如果需要與其它網段通信,那麼它的網關可以設置爲192.168.2.1,當然也可以設置爲網段內其它的一個ip地址。

4.網關是如何實現通信?

在沒有路由器的情況下,不同的兩個網絡之間是不能進行TCP/IP通信的,即使是兩個網絡連接在同一臺交換機(或集線器)上,TCP/IP協議也會根據子網掩碼(255.255.255.0)判定兩個網絡中的主機處在不同的網絡裏。而要實現這兩個網絡之間的通信,則必須通過網關。

如果網絡A中的主機發現數據包的目的主機不在本地網絡中,就把數據包轉發給它自己的網關,再由網關轉發給網絡B的網關,網絡B的網關再轉發給網絡B的某個主機(如附圖所示)。網絡B向網絡A轉發數據包的過程。

所以說,只有設置好網關的IP地址,TCP/IP協議才能實現不同網絡之間的相互通信。

5.什麼是默認網關?

如果搞清了什麼是網關,默認網關也就好理解了。就好像一個房間可以有多扇門一樣,一臺主機可以有多個網關。默認網關的意思是一臺主機如果找不到可用的網關,就把數據包發給默認指定的網關,由這個網關來處理數據包。現在主機使用的網關,一般指的是默認網關。

四、什麼是DNS

DNS是域名解析服務器(Domain Name System),是把網址變成IP地址的服務器。

DNS說白了是把域名翻譯成IP地址用的,這裏面舉個例子,大家就很容易清楚了。

例如我們在瀏覽器裏面輸入www.baidu.com的時候,機器要跟百度這個網站進行通信,機器要往外面發送數據包,數據包裏面要寫百度這臺服務器的IP地址,我們不知道IP地址是多少,那麼就需要主機問DNS服務器,DNS服務器就自動幫我們把www.baidu.com這個域名翻譯成了IP地址61.135.169.105。然後寫到了數據包的目的IP地址裏面就可以進行通信。

就跟我們寫信一樣,你得寫個收信人的地址郵局才能給你發送吧,你給國外寫信,你寫中文地址郵局不認識,需要這個一個人幫你翻譯成英語。這就是DNS的作用,所以你的在本地連接裏面寫DNS纔可以正常瀏覽網頁,如果不設置DNS,是無法正常訪問網頁的。

五、MAC地址

講到MAC地址,就不得不提ip地址,這裏順便把ip地址也說下。

IP與MAC

雖然現在已經ipv6了,但我們基本用的大多數還是ipv4協議,所謂ip就是你電腦整個網絡的編號。其他電腦想訪問電腦就得需要這個編號。但是這個編號很多情況下是一直在變化的。唯一不變的是你的MAC地址:物理地址。

MAC是網絡中用來標識網卡設備的唯一網絡地址。由相關硬件製造商統一分配,每臺電腦的MAC地址都是唯一的。

做個比喻,你經常搬家,你沒搬一次家都有一個地址,XX小區XX單元XX號,這個就是IP。但是你的名字不變,這個就是MAC,不同的是我們的MAC不允許重名。

 

 

我們的IP分爲兩個部分:如上圖分爲網絡部分和主機部分。網絡部分好比就是你在XX省XX市XX鎮,這個是國家固定下來了的。但是XX小區XX單元XX號是開發商自己定的。兩個編號加起來就是你的ip了。不同的是在現實中兩個編號的長度是固定的,在網絡上A、B、C、D的ip地址卻是變化的,這個在前天有詳細講到。

六、子網掩碼

子網掩碼是爲了區分網絡位和主機位,上面我們說到過,一個ip地址是由網絡部分和主機部分。正如一個人的名字由姓與名組成。

那麼我們可以把IP地址比作一個人的名字,那麼子網掩碼就像是一份名單,可以快速的知道那些人同姓,那些人不同姓,把同姓的人分在一組,讓他們之前可以互相交流。

舉個例子

有一個網段是192.168.1.0-192.1.254,這個網段就像一個村子一樣,就稱它爲安防村,此這網段有個ip地址是192.168.1.1,我們就叫他安防一,另外一個人叫安防二,它的ip地址爲192.168.1.2,我們一看他們,就知道他們是同村的。

另外有一個網段,是192.168.0.0——192.168.255.254,我們叫它安村,村裏有個同樣有兩個ip地址爲92.168.1.1與192.168.1.2,也叫安防一,安防二,那麼問題來了?這個時候,如何區分他們是屬於那個村的?

這個時候就需要子網掩碼了來判斷他們是屬於那個網段的,需要把安防一、安防二帶到村裏去認下,就知道他們是屬於那個村了,安防村的網段是255.255.255.0,安村的網段是255.255.0.0。

網絡中也會出現類似於“同名”“同姓”的ip地址,如何區分他們到底是屬於那個網段,就需要依靠子網掩碼了。

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