为什么路由器不能使用 MAC 地址而不是私有/本地 IP 地址？

Question

我理解公共 IP 地址之所以必要，是因为如果我们仅使用 MAC 来在主机之间移动数据，那么整个互联网将是一个庞大的扁平网络。但是私有 IP 地址有什么必要呢？为什么路由器不能只使用 MAC 地址连接到本地客户端？

Answer 1

答案是你的软件应用程序和操作系统设计用于使用 TCP/IP 进行通信，而不是直接使用以太网MAC寻址。

因此，无论您要与之通信的远程计算机/节点是在您的本地网络中还是在地球另一端的其他网络中，该逻辑链接都是通过 TCP/IP 建立的。这样，应用程序只需在 IP 数据包中定义目标 IP 地址，用数据填充它（实际上打包到 TCP/UDP 段中），然后一路发送，而不必担心底层如何处理实际传输。

操作系统的网络堆栈决定 IP 地址是本地的还是远程的：

1. 如果是本地网络，则查找该 IP 地址对应的 MAC 地址并直接发送 IP 数据包（位于以太网帧中）。
2. 如果是远程网络，则查找默认网关路由器的 MAC 地址以发送 IP 数据包，同样在以太网帧内。路由器从帧中检索 IP 数据包，查看地址并确定下一个要传递的节点（及其 MAC 地址），然后在另一个以太网帧中将其发送到该方向。

注意：IP 数据包完全可以通过以太网以外的其他数据链路协议传送（猜猜看，你的拨号或 DSL 调制解调器是不是以太网帧是一种网络协议，它通过以太网电缆连接到您的 ISP。只要目标 IP 地址可达，应用程序就不必关心这一点。完全可以将其他网络协议数据（不是 IP 数据包）包装在以太网帧中进行传输。

Answer 2

最终，所有数据包都会被传送到 MAC 地址。当 IP 数据包到达路由器时，如果 NAT 表显示该数据包的目的地是您的私有地址 192.168.1.10，则路由器会查找 192.168.1.10 的 MAC 地址，然后将数据包发送到该 MAC 地址。

但是，MAC 地址是第 2 层地址，根据定义，它仅允许本地网络上的项目之间进行通信。因此，“为什么使用私有地址而不是 MAC 地址”这个问题假设所有非公共网络都是简单的单一扁平网络。

几乎没有由单个 LAN 组成的私有企业网络，许多家庭环境都有多个网络。为了在这些网络之间进行路由，您需要使用 IP 等第 3 层协议。

因此，换一种方式来表达您的问题，就是“为什么路由器制造商和操作系统开发人员不在特定情况下创建仅第 2 层的本地网络，因为第 3 层并非绝对必要？”。这个问题的答案是，在现有通用解决方案已经完美运行的情况下，创建一个小众解决方案是不值得的。这样做不会有任何好处。

Answer 3

如果使用 MAC 进行路由，那么您的路由表将包含到网络上每个节点的路由，因为每个制造商的 MAC 地址都不同。

IP 就像是不同制造商的网络设备进行通信的标准平台。使用 IP，您可以汇总通往网络上许多设备的路由，从而节省带宽和资源。OSI 模型提供了更多关于网络工作原理的见解。

如果没有这个标准，我相信网络本身就不会像今天这样发展。

Answer 4

网络通信分为多个层。此处的图显示了 OSI 模型。每一层都有自己的用途。从图的底部开始

i. 物理层：此层是连接设备的实际介质，可能是 cat5 电缆、光纤等。

ii）数据链路层：该层负责物理寻址和数据包交换、校验和等。

iii）网络层：此层负责逻辑寻址和路由数据包。

等等

这有助于分离网络堆栈的各种功能，以便各层不依赖于其他层。

现在来回答你的问题。

MAC 地址位于数据链路层，其功能是物理寻址。网络层的功能是为通信节点提供逻辑地址，因此，当您在两个设备之间进行通信时，必须通过其网络地址来寻址。此外，它们甚至可能不具有相同的数据链路层，即其中一个节点甚至可能没有 MAC 地址。