網(wǎng)關(guān)
世界上第一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是IMP(InterfaceMessage Processor)，它是由美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(ARPA):資助開(kāi)發(fā)的，用于連接第一個(gè)分組交換網(wǎng)絡(luò) ARPANET 中的不同主機(jī)。ARPANET是互聯(lián)網(wǎng)的前身，于1969年由美國(guó)國(guó)防部研發(fā)
截至21世紀(jì)20年代，網(wǎng)關(guān)技術(shù)正積極適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和邊緣計(jì)算等趨勢(shì)，加強(qiáng)安全性、多協(xié)議兼容性和智能化管理。虛擬化SDN以及5G技術(shù)的應(yīng)用，使得網(wǎng)關(guān)更具靈活性和高效性，為多樣化應(yīng)用場(chǎng)景提供支持。網(wǎng)關(guān)在連接、管理和保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸方面持續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新和進(jìn)步。
網(wǎng)關(guān)概念
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，不同網(wǎng)絡(luò)之間要實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，就需要通過(guò)某種設(shè)備或軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞。20世紀(jì)60年代未至70年代初計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要是各自分離的局域網(wǎng)，各個(gè)局域網(wǎng)之間的互聯(lián)互通需求逐漸增加。在這個(gè)背景下，網(wǎng)關(guān)的概念應(yīng)運(yùn)而生。隨著局域網(wǎng)的普及，人們意識(shí)到需要實(shí)現(xiàn)不同局域網(wǎng)之間的連接，從而形成更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。但是，不同局域網(wǎng)可能使用不同的通信協(xié)議，導(dǎo)致互聯(lián)互通變得復(fù)雜。為了解決不同局域網(wǎng)之間協(xié)議不需要引入一個(gè)設(shè)備或軟件來(lái)進(jìn)行兼容的問(wèn)題，協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞。這個(gè)設(shè)備或軟件就是網(wǎng)上北左拉不日木天沙異種網(wǎng)絡(luò)之間的通信。這就好比人們之間要進(jìn)行語(yǔ)言交流時(shí)必須使用相同的語(yǔ)言，而當(dāng)語(yǔ)言不同時(shí)，就需要一個(gè)翻譯來(lái)進(jìn)行兩種語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換。在互聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)關(guān)的作用類似于語(yǔ)言交流中的翻譯。
舉個(gè)例子，互聯(lián)網(wǎng)是由無(wú)數(shù)相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)連接在一起構(gòu)成的。大多數(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)使用的通信協(xié)議都是TCP/IP，這使得它們可以直接與互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行通信，只需要通過(guò)路由器即可連入互聯(lián)網(wǎng)。然而，有些網(wǎng)絡(luò)使用的不是TCP/IP協(xié)議，或者不能運(yùn)行TCP/IP協(xié)議，這就需要通過(guò)某種轉(zhuǎn)換方式才能連接到互聯(lián)網(wǎng)上。在這種情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的設(shè)備或軟件被統(tǒng)稱為網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)不僅具備路由器的功能，還能在異種網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換。
市面上的一些網(wǎng)關(guān)設(shè)備，如中繼器、網(wǎng)橋和路由器等是通信子網(wǎng)范疇的網(wǎng)間互連設(shè)備，與實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)無(wú)關(guān)。在很多情況下還網(wǎng)關(guān)通過(guò)軟件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且通常與特定的應(yīng)用服務(wù)-一對(duì)應(yīng)。換句話說(shuō)，網(wǎng)關(guān)總是針對(duì)某種特定的應(yīng)用，通用型網(wǎng)關(guān)是不存在的。這是因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換通常針對(duì)某種特殊的應(yīng)用協(xié)議或者有限的特殊應(yīng)用，例如電子郵件、文件傳輸和遠(yuǎn)程登錄等
在網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議模型(OSI模型)中，網(wǎng)關(guān)可以位于不同的層次，具體取決于特定的網(wǎng)絡(luò)需求和應(yīng)用場(chǎng)景。此外，為了與不同類型的網(wǎng)絡(luò)通信，網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)必須在 OSI模型的多個(gè)層次上運(yùn)行，因?yàn)樗仨毥⒑凸芾頃?huì)話、解碼加密數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)換不同的邏輯和物理地址。不同類型的網(wǎng)關(guān)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用實(shí)現(xiàn)了不同層次和類型網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通從而促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)交換。21世紀(jì)初起，網(wǎng)關(guān)技術(shù)已成為網(wǎng)絡(luò)用戶使用大型主機(jī)資源的通用和經(jīng)濟(jì)的工具。例如，在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上安裝網(wǎng)關(guān)軟件，通過(guò)專用接口卡和通信線路與大型主機(jī)連接，其他網(wǎng)絡(luò)用戶可以使用仿真軟件成為主機(jī)的終端并通過(guò)該網(wǎng)關(guān)訪問(wèn)大型主機(jī)，共享大型主機(jī)的資源(如交換文件、打印報(bào)表和處理數(shù)據(jù)等)
網(wǎng)關(guān)類型
協(xié)議網(wǎng)關(guān)
協(xié)議網(wǎng)關(guān)通常是做轉(zhuǎn)換(或翻譯)協(xié)議的作用舉個(gè)例子，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中有一種常見(jiàn)的協(xié)議網(wǎng)關(guān)叫協(xié)議轉(zhuǎn)換器(ProtocolConverter)，也稱作串行網(wǎng)關(guān)。它是一種用于不同協(xié)議之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備，主要用于進(jìn)行不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和適配工作。它可以將來(lái)自一個(gè)協(xié)議的信息經(jīng)過(guò)分析、處理，并轉(zhuǎn)換成另外一個(gè)協(xié)議所支持的信息格式，然后再完成對(duì)目標(biāo)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，起到重要的通信橋梁作用。
協(xié)議轉(zhuǎn)換器的典型架構(gòu)包括與外部Slave設(shè)備通信的內(nèi)部Master協(xié)議，收集的數(shù)據(jù)用于更新轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)外部Master請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，內(nèi)部Slave從數(shù)據(jù)庫(kù)中收集數(shù)據(jù)并發(fā)送給外部Master。存在用于處理事件和命令的自發(fā)報(bào)告的各種方案。通過(guò)協(xié)議X和Y進(jìn)行的通信可以使用不同的物理介質(zhì)，例如 RS-232、RS-485 和以太網(wǎng)。
應(yīng)用網(wǎng)關(guān)
典型的應(yīng)用網(wǎng)關(guān)接受一種格式的輸入，對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后以新格式輸出。輸入和輸出接口可以是源于兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)，也可以源于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)應(yīng)用程序也可以有多個(gè)應(yīng)用程序網(wǎng)關(guān)。例如，電子郵件可以采用多種格式，而每個(gè)電子郵件的服務(wù)器都可能需要與其他電子郵件服務(wù)器交互，在這種情況下，唯一可以完成接收所有格式郵件的辦法就是支持多個(gè)網(wǎng)關(guān)接口。應(yīng)用網(wǎng)關(guān)還可用于連接局域網(wǎng)客戶端和外部數(shù)據(jù)源。這類網(wǎng)關(guān)支持與交互式應(yīng)用程序的本地連接。將應(yīng)用程序的客戶端保持在同一局域網(wǎng)內(nèi)，可避免使用帶寬較低和延遲較高
邊緣網(wǎng)關(guān)
邊緣網(wǎng)關(guān)(Edge Gateway)是一種位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的設(shè)備，它可以連接邊緣設(shè)備(如傳感器、攝像頭、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等)與云或中心數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、處理和傳輸。邊緣網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和邊緣計(jì)算中扮演著重要角色，將邊緣設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)快速傳送到云端并在本地進(jìn)行初步處理，從而降低數(shù)據(jù)傳輸成本，減少延遲，增加響應(yīng)速度。
以經(jīng)典的Microsoft邊緣網(wǎng)關(guān)舉例，也分為兩種類型的邊緣網(wǎng)關(guān):現(xiàn)場(chǎng)(loTEdge)網(wǎng)關(guān)，以及云(協(xié)議)網(wǎng)關(guān)。現(xiàn)場(chǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)能夠在設(shè)備端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，從而減少數(shù)據(jù)傳輸量，實(shí)現(xiàn)更快速的響應(yīng)時(shí)間，使得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠更加智能化和高效化。而云邊緣網(wǎng)關(guān)則在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與云服務(wù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)議轉(zhuǎn)換確保數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定地在不同環(huán)境之間流通
一個(gè)實(shí)際的邊緣網(wǎng)關(guān)例子是Dell Technologies的"Dell Edge Gateway"系列產(chǎn)品。這些邊緣網(wǎng)關(guān)設(shè)備提供了豐富的連接接口，包括Wi-Fi、藍(lán)牙、以太網(wǎng)等，可以連接各種邊緣設(shè)備。它們配備了處理器和內(nèi)存，支持在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理和計(jì)算。Dell Edge Gateway可以以廣泛應(yīng)用于智能城市、工業(yè)自動(dòng)化、物流和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。[70]
虛擬網(wǎng)關(guān)
虛擬網(wǎng)關(guān)(Virtual Gateway)是一種運(yùn)行在虛擬化環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它具有類似于物理網(wǎng)關(guān)的功能，但是以軟件形式存在于虛擬機(jī)中。虛擬網(wǎng)關(guān)可以連接虛擬機(jī)與物理網(wǎng)絡(luò)之間，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)之間的通信，以及虛擬機(jī)與外部網(wǎng)絡(luò)(如互聯(lián)網(wǎng)或其他局域網(wǎng))的通信
典型的虛擬網(wǎng)關(guān)如VMware的vSphereDistributed Switch(vDS)，它是一種分布式虛擬交換機(jī)，可以在vSphere虛擬化環(huán)境中扮演虛擬網(wǎng)關(guān)的角色，集中管理多個(gè)ESXi主機(jī)上的虛擬交換機(jī)，提供高級(jí)網(wǎng)絡(luò)功能，VLAN隔離、路由、負(fù)載均衡等。它還可以提供虛擬機(jī)間的高性能數(shù)據(jù)傳輸和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)流量，增強(qiáng)虛擬化環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)性能和靈活性。此外，它還可以在虛擬機(jī)與物理網(wǎng)絡(luò)之間充當(dāng)網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)之間和虛擬機(jī)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的通信。通過(guò)vDS，虛擬機(jī)可以連接到外部網(wǎng)絡(luò)，并與其他虛擬機(jī)進(jìn)行通信，同時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)隔離和安全性控制，保護(hù)虛擬化環(huán)境中的數(shù)據(jù)和資源
云網(wǎng)關(guān)
云網(wǎng)關(guān)(Cloud Gateway)是連接企業(yè)內(nèi)部私有網(wǎng)絡(luò)和云服務(wù)提供商的公共云服務(wù)之間的橋梁。它在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和公有云之間扮演著網(wǎng)關(guān)的角色，充當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸和連接的中間件。
如AWS Direct Connect網(wǎng)關(guān)，它是亞馬遜云服務(wù)(AWS)中的一項(xiàng)服務(wù)，它允許企業(yè)通過(guò)專用網(wǎng)絡(luò)連接將本地?cái)?shù)據(jù)中心與AWS云服務(wù)連接起來(lái)。企業(yè)可以通過(guò)AWS Direct Connect 網(wǎng)關(guān)，建立安全、穩(wěn)定、高速的網(wǎng)絡(luò)連接，將本地?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)紸WS云服務(wù)，實(shí)現(xiàn)混合云環(huán)境的(VPC)連接起來(lái)，使得企業(yè)可以利用AWS的強(qiáng)大云服務(wù)能力，同時(shí)保持對(duì)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)的控制和保護(hù)。這種連接方式比傳統(tǒng)的公共互聯(lián)網(wǎng)連接更加可靠和安全，有助于提升企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)性能和數(shù)據(jù)傳輸效率。
相關(guān)技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換
網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)(NetworkAddressTranslator，簡(jiǎn)稱NAT)用于將私有IP地址轉(zhuǎn)換成公共IP地址，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)備通過(guò)單個(gè)公共IP地址訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，每個(gè)設(shè)備都被分配一個(gè)唯一的公共IP地址來(lái)進(jìn)行通信。然而，在許多組織和家庭網(wǎng)絡(luò)中，可能有多個(gè)設(shè)備共享同一個(gè)公共IP地址這就是由于私有IP地址在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中被分配給設(shè)備。這種情況下，就需要NAT技術(shù)。NAT可以將私有IP地址轉(zhuǎn)換成公共IP地址，使得局域網(wǎng)內(nèi)的多個(gè)設(shè)備可以共享同一個(gè)公共IP地址來(lái)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。
NAT技術(shù)在網(wǎng)關(guān)上的應(yīng)用非常普遍，尤其在家庭路由器和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用。例如，當(dāng)家庭內(nèi)部多臺(tái)設(shè)備共享一個(gè)公共IP地址時(shí)，路由器作為網(wǎng)關(guān)會(huì)使用NAT技術(shù)，將所有設(shè)備的內(nèi)部私有IP地址映射為路由器的公共IP地址，使得這些設(shè)備可以訪問(wèn)Internet。同樣，在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，NAT技術(shù)也被用于將內(nèi)部私有IP地址轉(zhuǎn)換為企業(yè)的公共IP地址，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部員工與Internet之間的通信[76]
隧道技術(shù)
隧道技術(shù)(Data tunneling)是一種封裝技術(shù)用于在不兼容的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域傳遞數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包被封裝為傳輸該數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)可識(shí)別的幀。原始成幀和格式被保留，但被視為數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地時(shí)，主機(jī)將其拆開(kāi)并丟棄封裝，恢復(fù)數(shù)據(jù)包的原始格式。這樣，不可接受的數(shù)據(jù)包就被偽裝成可接受的格式�？偠灾淼兰夹g(shù)就是指包括數(shù)據(jù)封裝、傳輸和解封裝在內(nèi)的全過(guò)程。
網(wǎng)關(guān)作為連接不同網(wǎng)絡(luò)的橋梁需要處理不同網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)交換。而隧道技術(shù)為網(wǎng)關(guān)提供了一種安全且靈活的方式來(lái)連接這些不同的網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)隧道技術(shù)，網(wǎng)關(guān)可以在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間建立一個(gè)加密的通信通道，將數(shù) 據(jù)包封裝在隧道協(xié)議中傳輸，使得數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸時(shí)得到保護(hù)。
網(wǎng)關(guān)作為連接不同網(wǎng)絡(luò)的橋梁需要處理不同網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)交換。而隧道技術(shù)為網(wǎng)關(guān)提供了一種安全且靈活的方式來(lái)連接這些不同的網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)隧道技術(shù)，網(wǎng)關(guān)可以在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間建立一個(gè)加密的通信通道，將數(shù)據(jù)包封裝在隧道協(xié)議中傳輸，使得數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸時(shí)得到保護(hù)。
