MAC地址與IP地址的實例分析

這篇文章給大家介紹MAC地址與IP地址的實例分析，內容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

在教計算機網絡課程中，經常會碰到這樣的問題，為什么需要兩個地址：一個是MAC(物理地址)，另一個是IP地址。各種解釋都有，基本上一個觀點就是一個是物理地址，一個是邏輯地址。然而，這樣的解釋太抽象，什么是物理，什么是邏輯。這些抽象的表述會讓人無法理解到其本質。下面我就談談這個問題。

要想說明這個問題，首先得說說計算機網絡的目標是什么。計算機網絡的根本目標就是將數據從一點傳送到另外一點。聽起來很簡單，但是里面包含的意思很多。例如，兩個點之間是在同一個網絡還是跨網絡連接的，如何才能將數據正確的傳送到對方，如果出現錯誤怎么辦等等。

為了說明問題的本質，我們首先將問題簡化：假設兩點在一個網絡內。在這種情況下，只需要MAC地址就可以了。例如通過交換機將多臺電腦組成一個網絡，為了找到對方，必須通過一個地址來標識。就像寄快遞一樣，如果沒有地址，快遞員是無法將快遞送到對方的所在地的。這就是我們所說的MAC地址。當A點要將數據傳遞給B點時，會在數據的首部添加B的MAC地址，即目標地址。當然在首部中也有源地址，即發送方的MAC地址，還有其它一些信息，例如用于校驗的等等。組裝好的這個數據稱為幀。然后A點就將幀通過網卡發送出去。

此時交換機收到這個幀后，查找自己的轉發表。轉發表主要有兩列，一列是MAC地址，另外一列是該MAC地址對應的端口。查找的結果只有兩種情況：找到或沒找到。如果找到就將數據從該MAC對應的端口轉發出去。如果沒找到，很簡單，交換機會把幀向所有端口廣播（除了該幀進入的端口），因此肯定會有一個合適的端口收到的。這個廣播的方法很粗暴，也很奏效。

這就是MAC地址的作用。MAC地址是刻錄在網卡這個物理設備上的，一般是無法改變的。

然而，如果兩點不在一個網絡內。這時就需要IP地址了。因為IP地址含有兩個部分，一個是網絡地址，一個是主機地址。因此，通過對方的IP地址，是可以判斷出對方是否和本機在一個網絡內。如果在一個網絡內，如上所述，只需要知道對方的MAC地址即可通信。

如果不在一個網絡內，本機的網絡層就認為數據應該發送給網關。道理是顯然的，如果不在一個網絡內，首先得把數據發送出網絡才可以。如何發出網絡，當然是發給網關，因為網關就相當于網絡的門衛。要想把數據發給網關，同樣需要知道網關的MAC地址，如何知道網關的MAC地址呢？這就涉及到ARP協議。

電腦緩存里有一張ARP表，該表主要有兩列：一列是IP地址，另外一列是MAC地址。這張表不是天生就有的，是隨著網卡收到網絡中的各種通信數據，不斷學習增加的。

話說回來，如果ARP表中有網關IP地址對應的MAC地址，則問題就轉化為網內數據發送，上面已經講的很清楚了。如果ARP表中沒有網關IP地址對應的MAC地址，則啟動ARP協議，即向網內廣播，詢問該IP地址的MAC地址。廣播詢問的結果是網關收到廣播后，發現是問自己的MAC地址，所以就回復詢問方自己的MAC地址。然后數據發給網關的問題，也轉化為網內數據發送，上面已經講的很清楚了。

大家發現沒有，在跨網通信時是需要IP地址的。因為需要通過IP地址來判斷是網內通信還是網外通信。有人可能會說，讓MAC地址也具有能夠區分網絡的特征不就可以不需要IP了么。事實上這樣做是不實際的。每個網卡出廠時就有一個獨一無二的MAC地址，出場時是不可能知道你用它時是在哪一個網絡里，也就是天生它就不具有能夠區分網絡的特性。而且也不需要它具有這種特性。因為MAC只負責設備到設備的通信就夠了。這層通信是真正的通信，所以稱為物理通信。

而跨網絡傳輸數據時，需要考慮傳輸的路徑，即為了到達目的地，下一跳應該去哪兒，從而一跳一跳的傳輸到目的地。而網內傳輸，不需要考慮傳輸路徑，只要發出去一定可以到達。最壞情況下就是通過廣播傳輸也能到達。而跨網絡傳輸時，這一招不靈了。因此，跨網傳輸時需要考慮網絡之間的傳輸，需要使用能夠表示網絡特征的地址，即IP地址。所以IP地址是負責網絡到網絡傳輸的。

至于發給網關后，下一步發給誰，本機就管不著了。本機只能保證在網絡內傳輸，即下一跳的概念。下下一跳，只能由網關來負責了。其實網關就是路由器的一個接口。確定下一跳應該去往哪個網絡，然后就將數據從連接那個網絡的路由器的接口發送出去。發送出去同樣要判斷目標IP是和當前路由接口的網絡是否同一網絡。問題又回到上面講的過程了。所以周而復始。

可見IP地址和MAC地址的概念并不矛盾。他們之間是不同層次的，就像有了領導還必須有群眾才可以，誰也離不開誰。數據從一點傳到另外一點，要經過幾個網絡，網絡路線是怎樣的，需要使用IP地址來解決。而網內傳輸需要使用MAC地址來傳輸。可見沒有網內真正的通信傳輸，何以實現網絡之間的通信。而如果沒有網絡路由的路徑的話，數據是不可能到達目的地的，因為方向都沒有。

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