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  • 2021-10-03 20:41:55

    IP具有层次结构,由网络号和主机号构成,当主机移动时,主机的IP地址也需要改变,IP地址类似于邮政地址。MAC地址具有扁平结构,一般来说是唯一且固定的,类似于身份证号。主机和路由器接口除了网络层地址外还有MAC地址是为了保持各层独立,局域网是为任意网络层协议设计的,而不仅仅服务IP协议。其次,如果网卡使用网络层地址而不是MAC地址,那么网络层地址就必须存储在网卡的RAM中,并且在每次主机移动时重新配置其地址;另一种选择是在网卡中不使用任何地址,而将收到的每个帧沿协议栈向上传递,这意味着主机会被每个帧中断。最后,如果只有MAC地址,那么路由器在寻址的时候就需要记下每个48位MAC地址所在的子网,这会占用极大的内存,显然是不现实的。

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  • IP 地址为什么还要MAC 地址

    万次阅读 多人点赞 2022-01-11 16:09:31
    我认为,IP地址MAC地址可以类比生活中寄快递的过程。 在整个网络中数据被封装成数据报文进行发送,就像我们生活中寄快递时将物品放进包裹中。而数据在路由器之间的跳转也可以看作是不同地区快递小哥对物流的交接。...

    我认为,IP地址和MAC地址可以类比生活中寄快递的过程。

    在整个网络中数据被封装成数据报文进行发送,就像我们生活中寄快递时将物品放进包裹中。而数据在路由器之间的跳转也可以看作是不同地区快递小哥对物流的交接。
    在这里插入图片描述

    IP地址

    ip地址等价于快递包裹上的收件人地址

    快递员通过收件人地址将包裹在出发地到目的地之间连出一条线,然后通过不同地区之间的物流中转最后将包裹送到收件人的手中。
    在这里插入图片描述
    从上图的粗箭头所描述的路径便可达到目的地址,陕西省-西安市-xx县-xx街道-…。

    同理,ip地址也具备此功能,通过IP地址的网络位可以确定某个主机所在网络的位置,从而明确一条数据传送的路径。例如目的地址为192.168.10.110/26,则该地址所在的网络为192.168.10.64
    在这里插入图片描述
    用之前图示地址的寻址方式,我们可以模拟这一过程
    在这里插入图片描述

    那么,还是那个问题,为什么还要MAC地址呢?

    MAC地址

    MAC地址等价于快递包裹上的收件人姓名

    MAC地址更多是用于确认对方信息而存在的。就如同快递跨越几个城市来到你面前,快递员需要和你确认以下收件人是否正确,才会把包裹交给你一样。

    这里我们模拟一个场景,比如在学校里同一个班级的学生大家互相都认识,互相交流就不需要借助学号(这里抽象成ip地址),直接喊名字即可。“喂,那个谁,把你作业让我抄一下”。
    在这里插入图片描述
    这个过程可对应网络中同一个交换机或集线器连接的局域网通信。在局域网中通信需要通过MAC地址进行通信。将数据封装成帧时会插入源mac地址和目的mac地址(如果不知到对方mac地址会发送arp广播报文获取对方mac地址)。以太网帧结构:
    在这里插入图片描述
    (———图来自网络,侵删)

    而后,帧结构再次添加IP头部信息。
    在这里插入图片描述
    虽然这里有ip地址,但是它在局域网中不起作用,因为arp是用于网络中寻址的,而在局域网中所有主机互相可见。(除此之外,局域网中ip地址最多是在arp广播时,作为收到包的主机解包时判定的依据,判定自己是否为目的主机,从而选择是否回应arp应答)。
    在这里插入图片描述
    而IP地址的使用条件,是在跨网络之后。两个网络之间想要进行通信需要通过一个媒介,因为在网络内部的主机定位不到网络外的某个主机,即使他们只隔了一个网段也是一样。而跨网段的媒介就是路由器,只要把ip地址告诉它,他就能找到对方所在的网络。

    这就像是我是2020届计算机科学专业1班学生xx(学号202015162,15代指专业计算机科学专业,62代指“我”在本班的学号),我现在想找2022届学弟yy(学号2022…)。我们之间不认识,但是我可以找一个中间人,帮我送信。
    在这里插入图片描述
    这个中间人是局域网网关,是路由器。他们的功能是,转述我的消息,并且按照目的ip地址将它发给下一个“中间人”,最后送到“yy”手中。


    以下是关于mac地址与ip地址的爱恨纠缠…

    以下内容有借鉴到文章:闪客sun(低并发编程):如果让你来设计网络

    首先我们需要明确的是,MAC地址的诞生早于IP地址。在计算机设计之初,设备之间使用MAC地址互相确认身份,因为当时的网络拓扑并不大,我们完全可以让两台计算机之间两两互相发送数据。如果有5个主机需要互通的话,那么它的拓扑结构可能是这样:
    在这里插入图片描述

    如果是这样的话,我们其实无需MAC地址,因为每个网卡明确对应一台主机。而实际是,一台计算机要配置这么多网卡的需要耗费更多的money,你也不想买一台计算机后还需要额外再买十几个网卡把。

    因此我们可以采用集线器的方式将所有计算机通过网线聚集在一起会更加方便。
    在这里插入图片描述
    每台主机发送数据前需要携带自己和对方的目的MAC地址,因为hub集线器只是将所有数据从其他接口发送出去,它将数据的是否接收留给了主机自己判断。
    在这里插入图片描述
    集线器只是无脑的做数据发送,因此我们认为它是数据链路层的设备

    集线器太笨了,它将每一通信都发给所有主机,在各主机之间交流频繁时会造成网络的拥堵乃至瘫痪,因此我们进行了升级,使用交换机设备。

    交换机内部维护一张 MAC 地址表,记录MAC地址与交换机各端口之间的关系,这样就无需将所有数据发送的局域网中。通过思科的Cisco packet tracer仿真软件可以看到交换机的MAC地址表。在这里插入图片描述
    这样,当pc0(192.168.1)ping pc3(192.168.4)时,交换机查自己的mac表,发现自己的以太网fa0/4接口的出口对应的就是目的主机mac地址,则交换机将自己该数据报文转发从fa0/4接口转发出去。同时pc3收到了来自pc0的数据报文。

    交换机相对集线器,拥有决定数据从交换机的哪个端口转发出去的功能,因此我们认为交换机在数据链路层(决定数据转发至哪一条链路上)。

    以上集线器和交换机都是局域网的通行,无需IP地址参与。而随着网络的扩大,局域网规则已经不再适合了。

    许多个类似上述的局域网组成一个大的互联网。它们彼此相连互相通信。
    在这里插入图片描述

    如果在学校网络内部向访问某个研究机构共享的资料,这就是跨网络访问了。此时IP地址才派上用场。ip地址给出一段段具备层级关系的数字地址,它就像思维导图一样可以通过给定地址高效的找出我们想要的那一项。

    当有网络连接上互联网时,给它分配一个ip地址,这样就能通过这些ip地址确定对方网络(或设备)在互联网络中的位置,从而进行访问。
    在这里插入图片描述
    连接在互联网上的具有ip的可以是一个单个的设备,比如某个服务器、某个网络摄像头等,也可以是某个局域网,如学校的校园网,公司内部网络等(局域网与公网通信使用NAT、PAT等方式,或内网穿透等技术)。

    为了实现在网络中,跨网段的访问,因此诞生出新的设备叫路由器。它可以根据内置的路由条目决定将数据包转发到哪个网络中,最终可以到达目的网络。
    在这里插入图片描述
    需要注意的是,路由器是多个网络的中间人,它有很多端口分别处于不同的网络中(路由器的每一个端口,都有独立的 MAC 地址和IP地址),这样它就可以把“来自A网络的信息转发至B网络,因为路由器的接口同时连接这这几个网络”。
    在这里插入图片描述
    路由器可以让数据在网络中跨网络的通信,因此我们认为路由器是网络层的设备

    终于,我们理清楚了整个IP与MAC的关系。总结一下:

    • 各个设备之间传递数据时,需要使用到MAC地址以确定对方的身份(场景:两个路由器之间跳转,局域网内主机通信)。
    • 各个网路之间通行需要使用到IP地址,主要是为了定位目的地址所在的位置,通过IP的分段机制推演出从源IP到目的IP的一条路径,而后数据包通过这条路径将数据送达。
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  • 我们前面讲过IP地址,说IP地址能够让我们在网络世界里找到我们的目标主机,但是IP地址为什么还要MAC地址呢?IP地址MAC地址又什么差别呢? 我认为IP地址MAC地址可以类比生活中寄快递的过程。 我们知道...

    我们前面讲过IP地址,说IP地址能够让我们在网络世界里找到我们的目标主机,但是有了IP地址为什么还要MAC地址呢?IP地址和MAC地址又有什么差别呢?

    我认为IP地址和MAC地址可以类比生活中寄快递的过程。

    我们知道数据存在封装和解封装的过程,当一个应用层数据经过传输层、网络层、数据链路层、物理层的封装就到达了我们的主机,主机经过解封装又成为了我们可以识别的数据,就像我们生活中寄快递时将物品放进包裹中,包裹经过快递小哥一次次的转接到达我们的手中,而数据在路由器之间的跳转也可以看作是不同地区快递小哥对物流的交接。

    1、什么是IP地址?

     在互联网中,一台主机只有一个IP地址,IP地址用于在TCP/IP通信协议中标记每台计算机的地址,而IP地址其实等价于快递包裹上的收件地址,快递员通过收件人地址将包裹在出发地到目的地之间通过不同地区之间的物流中转最后将包裹送到收件人的手中。

    IP地址也是类似的,我们通过IP地址的网络位可以确定某个主机所在网络的位置,从而明确一条数据转发的路径。通过路由器不断寻址找到目的网段。

    那么,都找到它在哪了为什么还要MAC地址呢?

    MAC地址

    MAC地址等价于快递包裹上的收件人,是用来确认对方信息的,就如同快递跨越几个城市来到你面前,快递员需要和你确认以下收件人是否正确,才会把包裹交给你一样。

    这个过程可对应网络中同一个交换机或集线器连接的局域网通信,在局域网中通信需要通过MAC地址表记录主机和接口的映射关系来进行通信。

    在通信过程中,我们会将数据封装成帧,这时就会插入源mac地址和目的mac地址(如果不知到对方mac地址会发送arp广播报文获取对方mac地址)。以太网帧结构:

    什么时候用到IP寻址?什么时候用到MAC寻址?

    虽然同一网段也会用到ip地址,但是它在局域网中不起作用,因为arp是用于网络中寻址的,而在局域网中我们不需要用到网关进行通信,只需要找到目的MAC即可。

    (在arp广播时,作为收到包的主机解包时判定的依据,判定自己是否为目的主机,从而选择是否回应arp应答)。

    IP地址的使用条件,是在跨网络的时候,两个网络之间想要进行通信需要通过一个媒介,因为在网络内部的主机定位不到网络外的某个主机,即使他们只隔了一个网段。

    而跨网段的媒介就是路由器,只要把ip地址告诉它,他就能找到对方所在的网络。

    如上图,192.168.1.1和192.168.1.2(掩码均为24位)是同一个网段,也就是说我们在同一个屋子里我只要叫你的名字就可以把东西传递给你,而192.168.2.1 和192.168.1.1(掩码均为24位)并不在同一个网段,它在一个很遥远的地方,我要把我的东西给他必须给他寄快递,而且快递上肯定得指名道姓他是谁!

    那么一说,大家理解了吗?为什么有了IP地址还需要MAC地址?那肯定是因为不同场景传递的方式不同,参数也就不同了。

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  • 在计算机网络中,资源共享,有条不紊的交换数据,就要遵守一些大家事先约定好的规则,这些为...首先IP地址是在网络层的,我觉得搞清楚IP和MAC地址这个问题,首先应该搞清楚为什么我们在网络层使用IP协议,TCP/I

    在计算机网络中,要资源共享,有条不紊的交换数据,就要遵守一些大家事先约定好的规则,这些为进行网络中的数据交换而建立的规则标准或约定称为网路协议简称协议。为了使计算机之间能够高效的传输就采用了分层,就像平时生活中大家分工合作完成一件事一样。分层有7层也有5层,都有自己的优缺点。

    我们把计算机网络的各层及其协议的集合称为计算机网络的体系结构。这里介绍五层协议的体系结构,如下图所示

    首先IP地址是在网络层的,我觉得要搞清楚IP和MAC地址这个问题,首先应该搞清楚为什么我们在网络层要使用IP协议,TCP/IP体系结构在网络层上采用了标准化协议,但相互连接的网络可以是异构的,如下图a所示,有许多计算机网络通过路由器互连,由于参加互连的计算机网络都是用相同的网际协议IP因此可以互联以后的计算机网络看成图b所示的虚拟互联网,什么意思呢?就是说网络间的异构性是客观存在的,我们通过IP协议使这些性能各异的网络看起来像看起来像一个统一的网络一样,从而实现主机与主机间的通信。

    然后简单说一下MAC地址(也成为物理地址或硬件地址),组成网络的各个站点都具有一个机器可以识别的地址,称为该站点的物理地址,在出场时已经固化在网卡上,是不会变的,你电脑上的MAC地址是唯一的。物理地址是数据链路层和物理层使用的地址。

    接下来就要弄懂IP地址与硬件地址的区别,看下面这张图~

    从主机H1向H2发信息,从网络层来看是IP数据报的流动,但实际上是下面这样的

    (图中HA为MAC地址)首先明确目标,主机H1现在要给主机H2发送消息。!!!

    主机H1的IP数据报(网络层)向下交给数据链路层就被封装成MAC帧从HA1到HA3,然后路由器R1收到MAC帧后,向网络层传输并且解封去掉MAC帧的首部,就能看到IP然后路由器进行路由选择,继续前面的传到数据链路层封装成MAC帧,如此循环直到到达目的主机所在的路由器然后发送给目的主机。(这里是用ARP协议将IP地址转换成MAC地址的)

    **注:**在 IP 层抽象的互联网上只能看到 IP 数据报,图中的 IP1→IP2 表示从源地址 IP1 到目的地址 IP2 两个路由器的 IP 地址并不出现在 IP 数据报的首部中 ,路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择 ,在具体的物理网络的链路层只能看见 MAC 帧而看不见 IP 数据报 。

    在发送数据时,数据从高层下到底层然后才到通信链路上传输,像上面的图所示,使用IP地址的IP数据报一旦交给数据链路层就加上MAC地址封装成MAC帧,在实际的传送过程中,使用的源地址和目的地址都是MAC地址。

     

    总结:IP地址和MAC地址的关系?
    IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节在抽象的网络层上讨论问题,就能够使用统一的、抽象的 IP 地址研究主机和主机或主机和路由器之间的通信。通俗一点来说就是有了IP地址,就只通过路由器找到目的主机,屏蔽了下层网络的异构型,由MAC地址完成下层的实际转发。
    ————————————————
    版权声明:本文为CSDN博主「不必讶异无须欢喜」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
    原文链接:https://blog.csdn.net/xy_sugar/article/details/85196479

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