IP地址和MAC地址可以類比生活中寄快遞的過程。

在整個網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)被封裝成數(shù)據(jù)報文進行發(fā)送，就像我們生活中寄快遞時將物品放進包裹中。而數(shù)據(jù)在路由器之間的跳轉(zhuǎn)也可以看作是不同地區(qū)快遞小哥對物流的交接。

IP地址

ip地址等價于快遞包裹上的收件人地址。

快遞員通過收件人地址將包裹在出發(fā)地到目的地之間連出一條線，然后通過不同地區(qū)之間的物流中轉(zhuǎn)最后將包裹送到收件人的手中。

從上圖的粗箭頭所描述的路徑便可達到目的地址，陜西省-西安市-xx縣-xx街道-…。

同理，ip地址也具備此功能，通過IP地址的網(wǎng)絡(luò)位可以確定某個主機所在網(wǎng)絡(luò)的位置，從而明確一條數(shù)據(jù)傳送的路徑。例如目的地址為192.168.10.110/26，則該地址所在的網(wǎng)絡(luò)為192.168.10.64

用之前圖示地址的尋址方式，我們可以模擬這一過程

那么，還是那個問題，為什么還要MAC地址呢？

MAC地址

MAC地址等價于快遞包裹上的收件人姓名。

MAC地址更多是用于確認對方信息而存在的。就如同快遞跨越幾個城市來到你面前，快遞員需要和你確認以下收件人是否正確，才會把包裹交給你一樣。

這里我們模擬一個場景，比如在學校里同一個班級的學生大家互相都認識，互相交流就不需要借助學號（這里抽象成ip地址），直接喊名字即可?！拔梗莻€誰，把你作業(yè)讓我抄一下”。

這個過程可對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中同一個交換機或集線器連接的局域網(wǎng)通信。在局域網(wǎng)中通信需要通過MAC地址進行通信。將數(shù)據(jù)封裝成幀時會插入源mac地址和目的mac地址（如果不知到對方mac地址會發(fā)送arp廣播報文獲取對方mac地址）。以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)：

（———圖來自網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

而后，幀結(jié)構(gòu)再次添加IP頭部信息。

雖然這里有ip地址，但是它在局域網(wǎng)中不起作用，因為arp是用于網(wǎng)絡(luò)中尋址的，而在局域網(wǎng)中所有主機互相可見。（除此之外，局域網(wǎng)中ip地址最多是在arp廣播時，作為收到包的主機解包時判定的依據(jù)，判定自己是否為目的主機，從而選擇是否回應(yīng)arp應(yīng)答）。

而IP地址的使用條件，是在跨網(wǎng)絡(luò)之后。兩個網(wǎng)絡(luò)之間想要進行通信需要通過一個媒介，因為在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的主機定位不到網(wǎng)絡(luò)外的某個主機，即使他們只隔了一個網(wǎng)段也是一樣。（歡迎關(guān)注公眾號:網(wǎng)絡(luò)工程師阿龍）而跨網(wǎng)段的媒介就是路由器，只要把ip地址告訴它，他就能找到對方所在的網(wǎng)絡(luò)。

這就像是我是2020屆計算機科學專業(yè)1班學生xx（學號202015162，15代指專業(yè)計算機科學專業(yè)，62代指“我”在本班的學號），我現(xiàn)在想找2022屆學弟yy（學號2022…）。我們之間不認識，但是我可以找一個中間人，幫我送信。

這個中間人是局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，是路由器。他們的功能是，轉(zhuǎn)述我的消息，并且按照目的ip地址將它發(fā)給下一個“中間人”，最后送到“yy”手中。

以下是關(guān)于mac地址與ip地址的愛恨糾纏… 以下內(nèi)容有借鑒到文章：《閃客sun（低并發(fā)編程）：如果讓你來設(shè)計網(wǎng)絡(luò)》

首先我們需要明確的是，MAC地址的誕生早于IP地址。在計算機設(shè)計之初，設(shè)備之間使用MAC地址互相確認身份，因為當時的網(wǎng)絡(luò)拓撲并不大，我們完全可以讓兩臺計算機之間兩兩互相發(fā)送數(shù)據(jù)。如果有5個主機需要互通的話，那么它的拓撲結(jié)構(gòu)可能是這樣：

如果是這樣的話，我們其實無需MAC地址，因為每個網(wǎng)卡明確對應(yīng)一臺主機。而實際是，一臺計算機要配置這么多網(wǎng)卡的需要耗費更多的money，你也不想買一臺計算機后還需要額外再買十幾個網(wǎng)卡把。

因此我們可以采用集線器的方式將所有計算機通過網(wǎng)線聚集在一起會更加方便。

每臺主機發(fā)送數(shù)據(jù)前需要攜帶自己和對方的目的MAC地址，因為hub集線器只是將所有數(shù)據(jù)從其他接口發(fā)送出去，它將數(shù)據(jù)的是否接收留給了主機自己判斷。

集線器只是無腦的做數(shù)據(jù)發(fā)送，因此我們認為它是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備。

集線器太笨了，它將每一通信都發(fā)給所有主機，在各主機之間交流頻繁時會造成網(wǎng)絡(luò)的擁堵乃至癱瘓，因此我們進行了升級，使用交換機設(shè)備。

交換機內(nèi)部維護一張 MAC 地址表，記錄MAC地址與交換機各端口之間的關(guān)系，這樣就無需將所有數(shù)據(jù)發(fā)送的局域網(wǎng)中。通過思科的Cisco packet tracer仿真軟件可以看到交換機的MAC地址表。 

這樣，當pc0（192.168.1）ping pc3（192.168.4）時，交換機查自己的mac表，發(fā)現(xiàn)自己的以太網(wǎng)fa0/4接口的出口對應(yīng)的就是目的主機mac地址，則交換機將自己該數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)從fa0/4接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。同時pc3收到了來自pc0的數(shù)據(jù)報文。

交換機相對集線器，擁有決定數(shù)據(jù)從交換機的哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)出去的功能，因此我們認為交換機在數(shù)據(jù)鏈路層（決定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至哪一條鏈路上）。

以上集線器和交換機都是局域網(wǎng)的通行，無需IP地址參與。而隨著網(wǎng)絡(luò)的擴大，局域網(wǎng)規(guī)則已經(jīng)不再適合了。

許多個類似上述的局域網(wǎng)組成一個大的互聯(lián)網(wǎng)。它們彼此相連互相通信。

如果在學校網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部向訪問某個研究機構(gòu)共享的資料，這就是跨網(wǎng)絡(luò)訪問了。此時IP地址才派上用場。ip地址給出一段段具備層級關(guān)系的數(shù)字地址，它就像思維導圖一樣可以通過給定地址高效的找出我們想要的那一項。

當有網(wǎng)絡(luò)連接上互聯(lián)網(wǎng)時，給它分配一個ip地址，這樣就能通過這些ip地址確定對方網(wǎng)絡(luò)（或設(shè)備）在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的位置，從而進行訪問。

連接在互聯(lián)網(wǎng)上的具有ip的可以是一個單個的設(shè)備，比如某個服務(wù)器、某個網(wǎng)絡(luò)攝像頭等，也可以是某個局域網(wǎng)，如學校的校園網(wǎng)，公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)等（局域網(wǎng)與公網(wǎng)通信使用NAT、PAT等方式，或內(nèi)網(wǎng)穿透等技術(shù)）。

為了實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中，跨網(wǎng)段的訪問，因此誕生出新的設(shè)備叫路由器。它可以根據(jù)內(nèi)置的路由條目決定將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到哪個網(wǎng)絡(luò)中，最終可以到達目的網(wǎng)絡(luò)。

需要注意的是，路由器是多個網(wǎng)絡(luò)的中間人，它有很多端口分別處于不同的網(wǎng)絡(luò)中（路由器的每一個端口，都有獨立的 MAC 地址和IP地址），這樣它就可以把“來自A網(wǎng)絡(luò)的信息轉(zhuǎn)發(fā)至B網(wǎng)絡(luò)，因為路由器的接口同時連接這這幾個網(wǎng)絡(luò)”。

路由器可以讓數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中跨網(wǎng)絡(luò)的通信，因此我們認為路由器是網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備。

終于，我們理清楚了整個IP與MAC的關(guān)系?？偨Y(jié)一下：

• 各個設(shè)備之間傳遞數(shù)據(jù)時，需要使用到MAC地址以確定對方的身份（場景：兩個路由器之間跳轉(zhuǎn)，局域網(wǎng)內(nèi)主機通信）。
• 各個網(wǎng)路之間通行需要使用到IP地址，主要是為了定位目的地址所在的位置，通過IP的分段機制推演出從源IP到目的IP的一條路徑，而后數(shù)據(jù)包通過這條路徑將數(shù)據(jù)送達。