網關

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網關(gateway)

目錄

什麼是網關[1]

  網關也稱協議轉換器或信關,是互聯網工作在OSI傳輸層上的設施。提供傳輸層到應用層全方位的服務,一般提供集中協議的服務。網關可以對數據重新分組,以便能在兩個不同網路間進行通信。如NetWare與UNIX操作系統互操作,sNA(IBM)與TCP/IP(Internet)互連等就需要網關轉換。

  常見的網關類型有區域網網關和Internet網關。區域網網關提供區域網之間數據傳送的通道。如AppleTalk與TCP/IP或IPX與TCP/IP等協議轉換的網關;Internet網關將非TCP/IP協議轉換為TCP/IP協議式等。各種網路互聯設備與OSI的對應關係如圖所示。

  Image:网络互联设备与OSI.jpg

網關工作原理[2]

  網關用於類型不同且差別較大的網路系統間的互連,或用於不同體繫結構的網路或者區域網與主機系統的連接。在互連設備中,它最為複雜,一般只能進行一對一的轉換,或是少數幾種特定應用協議的轉換。它的概念模型如圖(a)概念模型所示。

  Image:概念模型.jpg

  Image:工作过程.jpg

  圖(b)給出了網關的工作原理示意圖。如果一個NetWare節點要與TCP/IP的主機通信,因為NetWare和TCP/IP協議是不同的,所以區域網中的NetWare節點不能直接訪問。它們之間的通信必須由網關來完成。網關的作用是為NetWare產生的報文加上必要的控制信息,將它轉換成TCP/IP主機支持的報文格式。當需要反方向通信時,網關同樣要完成TCP/IP報文格式到NetWare報文格式的轉換。

網關的主要變換項目[2]

  網路的主要變換項目包括信息格式變換、地址變換、協議變換等。

  ①信息格式變換

  格式變換是將信息的最大長度、文字代碼、數據的表現形式等變換成適用於對方網路的格式。

  ②地址變換

  由於每個網路的地址構造不同,因而需要變換成對方網路所需要的地址格式。

  ③協議變換

  把各層使用的控制信息變換成對方網路所需的控制信息,由此可以進行信息的分割/組合,數據流量控制、錯誤檢測等。

網關實現協議轉換的方法[3]

  下圖介紹的是網關的基本結構

  Image:网关的基本结构.jpg

  網關實現協議轉換的方法,主要有以下兩種:

  1)兩個網路通過1個網關互聯時,最簡單的方法就是直接將輸入網路的信息分組的格式轉換成輸出網路信息分組的格式。一個雙邊網關要能進行兩種網路協議的轉換,即由網路1到網路2或由網路2到網路l。同理,對於互聯三個網路的網關,則要求能進行6種協議的轉換。如果互聯n個網路,則網關要能進行n(n-1)種轉換,這就要編寫,n(n-1)種協議轉換程式模塊。互聯的網路數越多,則n(n—1)值越大。同時,系統對網關的存儲空間和處理能力的要求也就越高。

  2)制定一種標準的網間信息分組格式。網關在輸入端將輸入網路信息分組格式轉換成標準網間信息分組格式,在輸出端再將標準網間信息分組格式轉換成輸出網路信息分組格式。由於這種標準網間信息分組格式只在網關中使用,不在互聯的網路內部使用,因此,不需要互聯的網路修改其內部協議。採用標準網間信息分組格式,網關要完成4種轉換:網路1到網間、網路2到網間、網間到網路1、網間到網路2。當信息分組從網路1進入網關時,它將被轉換成標準網間信息分組格式,即網間格式:在輸出端,網關再將它轉換成網路2的信息分組格式,發送到網路2。如果有n種網路,那麼將輸入網路的信息分組轉換成一種標準的網間信息分組格式的方法,只需要編寫2n個轉換程式模塊。與前一種方法相比,n值越大,軟體設計時減少的工作量越多。

網關的分類[2]

  網關按其功能可以分為三種類型:協議網關、應用網關和安全網關。

  ①協議網關

  協議網關通常在使用不同協議的網路間做協議轉換工作,這是網關最常見的功能。協議轉換必須在數據鏈路層以上的所有協議層都運行,而且要對節點上使用這些協議層的進程透明。協議轉換必須考慮兩個協議之間特定的相似性和差異性,所以協議網關的功能十分複雜。

  ②應用網關

  應用網關是在應用層連接兩部分應用程式的網關,是在不同數據格式間翻譯數據的系統。這類網關一般只適合於某種特定的應用系統的協議轉換。

  ③安全網關

  安全網關就是防火牆。與網橋一樣,網關可以是本地的,也可以是遠程的。另外,一個網關還可以由兩個半網關構成。目前,網關已成為網路上每個用戶都能訪問大型主機的通用工具。

網關特點[4]

  (1)連接不同協議的網路。在一個大型的電腦網路中,當類型不同而協議又差別很大時,可利用網關實現多個物理上或邏輯上獨立的網路的連接。由於協議轉換的複雜性,一般只進行一對一的轉換或者少數幾種應用協議的轉換。

  (2)既可以用於廣域網互聯,也可以用於區域網互聯。對具有不同網路體繫結構而且物理上又彼此獨立的網路,可以使用網關連接起來。被連接的兩個網路可以是相同的(如LAN與LAN或WAN與WAN),也可以是不同的(如LAN與WAN或乙太網令牌網)。但是,用網關互聯的兩個網路在物理上可以是同一個網路。

網關的功能[5]

  ①具有協議轉換能力。

  ②具有流量控制和擁塞控制的能力。

  ③具有在各網路之間可靠傳送信息的能力。

  ④具有路由選擇功能。

  ⑤具有將分組分段和組裝的能力。

網關的用途[5]

  ①異構型區域網互聯。

  ②區域網與WAN互聯。

  ③WAN與WAN互聯。

參考文獻

  1. 張莉主編.大學電腦基礎教程.清華大學出版社,2009.09.
  2. 2.0 2.1 2.2 馬海英編.高等學校規劃教材 電腦網路及應用.化學工業出版社,2007年09月第1版.
  3. 雷渭侶主編. 電腦網路.機械工業出版社,2008年01月第1版.
  4. 王建平,張寶劍,王軍濤編著.通信原理.人民郵電出版社,2007年10月第1版.
  5. 5.0 5.1 李文海主編.數據通信與網路.電子工業出版社,2008年06月.
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