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一文讲懂什么是vlan、三层交换机、网关、DNS、子网掩码、MAC地址

谭庆波

发布于 2020-08-21 07:51:46

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文章被收录于专栏：轮子工厂轮子工厂

来自：有为网络服务

很多朋友多次问到什么是网关、dns、子网掩码，三层交换机，它们定位的用途；确实，因为网络技术在弱电中确实应用非常广泛，我们平时在vip技术群中也是不断的讨论到网关、vlan、三层交换机或子网掩码等问题，今天我们就一起用通俗方式一次性了解清楚。

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。

一、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。

二、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。

三、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。

四、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。

五、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。