网关的一些知识

网关详解:作用、分类及设置

什么是网关 :

顾名思义,网关(Gateway)就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。 

种类:

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。 

网关按功能大致分三类:

 1)协议网关:顾名思义,此类网关的主要功能是在不同协议的网络之间的协议转换。网络发展至今,通用的已经有好几种如:802.3(Ethernet)、IrDa(Infrared Data Association,红外线数据联盟)、WAN(Wide Area Networks,广域网)和802.5(令牌环)、X2.5,802.11a、802.11b、802.11g、WPA等,不同的网络,具有不同的数据封装格式,不同的数据分组大小,不同的传输率。然而,这些网络之间相互进行数据共享、交流却是必不可免的。为消除不同网络之间的差异,使得数据能顺利进行交流,我们需要一个专门的翻译人员,也就是协议网关。靠他使的一个网络能理解其他的网络,也是靠他来使得不同的网络连接起来成为一个巨大的因特网。

2)应用网关:主要是针对一些专门的应用而设置的一些网关,其主要做用将某个服务的一种数据格式转化为该服务的另外一种数据格式,从而实现数据交流。这种网关常做为某个特定服务的服务器,但是又兼具网关的功能。最常见的此类服务器就是邮件服务器了。我们知道电子邮件有好几种格式,如POP3、SMTP、FAX、X.400、MHS等,如果SMTP邮件服务器提供了POP3、SMTP、FAX、X.400等邮件的网关接口,那么我们就可以毫无顾忌地通过SMTP邮件服务器向其他服务器发送邮件了。 

3)安全网关:最常用的安全网关就是包过滤器,实际上就是对数据包的原地址,目的地址和端口号,网络协议进行授权。通过对这些信息的过滤处理,让有许可权的数据包传输通过网关,而对那些没有许可权的数据包进行拦截甚至丢弃。这跟软件防火墙有一定意义上的雷同之处,但是与软件防火墙相比较安全网关数据处理量大, 处理速度快,可以很好地对整个本地网络进行保护而不对整个网络造成瓶颈。 除此之外,最近微软从网关的日常功能出发,也提出了他自己的分类方案:数据网关(主要用于进行数据吞吐的简单路由器,为网络协议提供传递支持)、多媒体网关(除了数据网关具有的特性外,还提供针对音频和视频内容传输的特性)、集体控制网关(实现网络上的家庭控制和安全服务管理)。

作用

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B向网络A转发数据包的过程也是如此。 

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。

那么这个IP地址是哪台机器的IP地址呢?网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地址,具有路由功能的设备有路由器、启用了路由协议的服务器(实质上相当于一台路由器)、代理服务器(也相当于一台路由器)。 


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。

如何设置默认网关 

一台电脑的默认网关是不可以随随便便指定的,必须正确地指定,否则一台电脑就会将数据包发给不是网关的电脑,从而无法与其他网络的电脑通信。

默认网关的设定有手动设置和自动设置两种方式。 

1. 手动设置

手动设置适用于电脑数量比较少、TCP/IP参数基本不变的情况,比如只有几台到十几台电脑。因为这种方法需要在联入网络的每台电脑上设置“默认网关”,非常费劲,一旦因为迁移等原因导致必须修改默认网关的IP地址,就会给网管带来很大的麻烦,所以不推荐使用。 在Windows 9x中,设置默认网关的方法是在“网上邻居”上右击,在弹出的菜单中点击“属性”,在网络属性对话框中选择“TCP/IP协议”,点击“属性”,在“默认网关”选项卡中填写新的默认网关的IP地址就可以了。

需要特别注意的是: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. 自动设置 

自动设置就是利用DHCP服务器来自动给网络中的电脑分配IP地址、子网掩码和默认网关。这样做的好处是一旦网络的默认网关发生了变化时,只要更改了DHCP服务器中默认网关的设置,那么网络中所有的电脑均获得了新的默认网关的IP地址。这种方法适用于网络规模较大、TCP/IP参数有可能变动的网络。

另外一种自动获得网关的办法是通过安装代理服务器软件(如MS Proxy)的客户端程序来自动获得,其原理和方法和DHCP有相似之处。

### 网关的基本概念 网关是一个广义的概念,指的是连接两个不同网络的入口设备或服务。在硬件层面,网关可以是路由器等设备,而在软件架构中,网关的概念被扩展到了应用与服务层面。例如,在提供 Restful API 的服务接口中,通常会被称为“应用网关”。在这种场景下,网关对外提供接口服务,接受请求并返回响应,同时屏蔽内部实现细节,仅暴露黑盒调用方式,以保护内部逻辑与结构。 ### 网关的工作原理 网关软件架构中通常作为客户端与后端服务之间的中介。当客户端发送请求到网关时,网关的 HandlerMapping 组件会根据配置的断言(Predicate)判断请求是否满足某个路由规则。如果满足,则将请求转发给相应的 WebHandler。WebHandler 会将请求交给一个过滤器链,在请求到达目标服务之前,执行所有过滤器的 pre 方法;在目标服务处理完请求后,再依次执行所有过滤器的 post 方法。 ### 网关的作用 网关在系统架构中扮演着至关重要的角色,其主要作用包括: - **对外提供统一接口**:网关作为对外服务的入口,集中管理所有对外暴露的 API 接口。 - **屏蔽内部实现细节**:网关隐藏了后端服务的具体实现,仅暴露标准化的接口供外部调用。 - **负载均衡与路由**:网关可以根据配置的路由规则将请求分发到不同的后端服务实例,实现负载均衡。 - **身份验证与权限控制**:网关可以在请求到达后端服务之前进行身份验证和权限校验。 - **日志记录与监控**:网关可以记录所有经过的请求信息,便于后续的日志分析和系统监控。 ### 网关的相关技术 在实际应用中,网关通常结合多种技术实现其功能。以下是一些常见的网关相关技术: - **IP 协议**:IP 协议定义了数据在网络中的传输格式,通过 IP 地址进行寻址和分片,确保数据能够正确传输到目标主机。 - **ARP 协议**:地址解析协议(ARP)用于将 IP 地址映射为物理地址(MAC 地址),以便在局域网中实现数据帧的传输。 - **数据链路层技术**:数据链路层负责在两个相邻节点之间无差错地传输数据帧,主要功能包括帧的形成、差错控制、流量控制和传输管理。 - **负载均衡算法**:网关通常使用负载均衡算法(如轮询、最少连接数等)将请求分发到不同的后端服务实例。 - **过滤器链**:网关中的过滤器链用于在请求到达目标服务之前和之后执行特定的逻辑,如身份验证、日志记录等。 以下是一个简单的网关路由配置示例: ```yaml spring: cloud: gateway: routes: - id: service-a uri: http://service-a:8080 predicates: - Path=/api/service-a/** filters: - StripPrefix=1 ``` 在上述配置中,网关将所有匹配 `/api/service-a/**` 路径的请求转发到 `http://service-a:8080`,并且在转发前去掉路径中的 `/api/service-a` 前缀。 ---
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