戏说不是胡说：高铁换乘之 IP 地址与 MAC 地址

一个邮递员拿着地址详细到教室的一封信，收件人是小明，教室里没有重名的，邮递员问 “小明的学号是多少？”，小明站起来回答 “12345”，然后小明坐下，然后邮递员说 “学号 12345 的过来拿信”，小明站起来去拿信。好像有点多此一举？

问题：

当数据包到达局域网后，完全可以直接送到对应的 IP 地址主机，为什么还要询问一下对应 IP 主机的 MAC 地址？

或者换种问法：

既然有了 IP 地址用来唯一标识这台计算机了，那还需要 MAC 地址干啥？

首先，我来简单的解释下 MAC 地址所属的数据链路层和 IP 地址所属的网络层的用途：

两个计算机在计算机网络之间进行通信，不可能就一条数据链路，对吧，它会经过很多条数据链路，也可能还要经过很多的通信子网，那么网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。

然后，需要明白的是，一台计算机向网络中的另一台计算器进行通信的时候，需要知道的其实就是三个地址：

• 起点地址
• 下一跳的地址
• 终点地址

IP 地址负责起点地址和终点地址，下一跳的地址由 MAC 地址负责。

结合这两点，我们来归纳下数据链路层和网络层的关系：

通俗来说，数据链路层的作用很简单，它是无脑的，只负责在两个相邻节点之间传送数据，它并不知道它所传送的数据最终目的地是哪。而网络层便是它的大脑，网络层负责指定起点地址和目的地址，并告诉数据链路层该走哪条路线。

看下图，网络层告知了 1-2-3 路线，那么数据链路层就会根据 MAC 地址依次找到 1、2、3，并在他们之间传输数据：

1）网络层指定了从哪个主机（「源 IP 地址」）发送到哪个主机（「目的 IP 地址」）。源 IP 地址和目标 IP 地址在传输过程中是不会变化的

2）而数据链路层则是根据 MAC 地址在一个接一个的区间中进行传输的，每个区间内的出发地址即「源 MAC 地址」，每个区间内的目的地址即「目的 MAC 地址」。显然，随着数据的传输，源 MAC 地址和目的 MAC 地址会不断的发生变化

再举个形象点的例子：

我们把数据链路层看作一个乘坐高铁从苏州到南京，再在南京转乘到北京，再在北京转乘到西藏的旅客（一个没脑子的机器人），那么网络层就相当于每个车站的工作人员，在数据链路层这个没脑子的机器人每次转乘时，网络层就会为其购买一张标有下一个 MAC 地址的车票。因此，即使数据链路层（旅客）不知道往哪走也没有关系，工作人员（网络层）会给你做出指引：

如果没有 MAC 地址，仅仅只有 IP 地址，能不能完成这些事情？

从理论上来说，如果 IP 地址够用，交换机也支持根据 IP 地址进行转发，我们只需要在 IP 数据报中加一个 “下一跳 IP 地址” 的字段就行了，MAC 地址确实并不是必要的。

But，从宏观来说，IP 地址只管上层建筑即路线规划，底层具体走的逻辑交给 MAC 地址来做，这样其实才符合 TCP/IP 协议体系这种分层的理念！

所以，这种设计并非多次一举，而是为了符合最根本的设计理念。