网络基础：MAC地址和IP的关系

上图是一个非常典型的用户访问网站的寻址过程。
1）首先说一下我们熟知的用户、网卡、交换机、modem（猫）、路由器（wifi）
网卡：位于链路层，主要功能是将用户主机的网络层传过来的数据报加上头，转换为帧，然后发送给交换机。
交换机：实现不同终端的信息交互。
modem：也就是我们俗称的猫，把我们的信号转换成能够在物理层发送的信号。这里把帧转换为比特，在网线中发送。
路由器：WiFi是路由器的一种，所以有的叫做WiFi路由器。路由器有很多端口，它可以将某个端口发来的比特，按照其携带的IP信息，把它转换到其他端口发出，也就相当于十字路口，它帮我们的比特选了个去终点更好的路径。
2）IP和MAC的关系
IP：用于网络寻址，它的作用空间是整个地球的网络。
MAC：用于链路层寻址，它的作用空间是局域网。
（这里挺有趣的，IP为逻辑地址，它不是一成不变的；MAC是物理地址，网卡以及路由器的物理地址都是在出厂时固定的，而且全世界的每一个设备的MAC地址都是不重复的，唯一的。（国际有标准）。但是你会发现，IP作用于全球，而MAC只作用在局域网。）
一个设备它有网络层，它就有IP；它有链路层，它就有MAC
因此网卡和路由器，既有IP又有MAC。

但是这两个地址怎们用呢？

现在假设我们已知网址的IP，我们要把数据发给web服务器，如图所示。
1）主机网络层：它封装了IP地址，同时它也指导网关路由器的IP（连接到网络的第一个路由器），但是链路层不知道网关路由器的MAC地址，因此网络层创建ARP请求报文，经过网卡，用交换机进行广播，然后收到路由器返回的MAC地址，将其交给链路层。
2）链路层有了网关路由器的MAC，就可以把数据通过交换机（链路层）交给网关路由器。
3）网关路由器根据目的地址（web服务器的IP），在自己的路由表内查找，并根据网络性能，选择较好的节点，转发数据给下一个路由器（这里需要注意，当前路由器是不知道下一个路由器的IP和Mac的，因此它只是把数据转发到可以到目地地的IP网段）。
4）数据经过多个路由器到达web服务器的网关路由器，然后现在网关路由器只知道web服务器的IP地址，不知道它的MAC。
5）网关路由器的网络层创建ARP报文，广播到局域网中。web服务器的网络层接到ARP报文后返回一个ARP响应报文，告诉网关路由，自己的MAC地址。
5）网关路由器知道web服务器的MAC地址后，开始将数据发送给web服务器，web服务器成功接到数据。

这样我们就能非常清晰地理解MAC地址和IP的关系了。

上面个我们其实没有提到太多的modem的信息，因为在网路协议的研究中，是用物理层把物理底层的传输媒介隔开，因此大家在研究网络时可以不用考虑物理媒介的。
modem起到一个转换的过程，把帧转换为比特（可以是电话线的电信号也可以是光信号）
图片来自
http://xinzhi.wenda.so.com/a/1518962491611353
分别代表了光猫和普通的猫。
那个带天线的是路由器（这里和上文有些不同，上文用的交换机，交换机不能实现wifi收发功能）