【计算机网络】(谢希仁第七版) 4.2.3 IP地址与硬件地址

在学习IP地址时，很重要的一点就是要弄懂主机的IP地址与硬件地址的区别。

图4-8说明了这两种地址的区别。从层次的角度看，物理地址①是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（称IP地址为逻辑地址是因IP地址是用软件实现的)。

①注：在局域网中，由于硬件地址已固化在网卡上的ROM中，因此常常将硬件地址称为物理地址。因为在局域网的MAC帧中的源地址和目的地址都是硬件地址，因此硬件地址又称为MAC地址。

 图4-8 IP地址与硬件地址的区别

 

在发送数据时，数据从高层下到低层，然后才到通信链路上传输。使用IP地址的IP数据报一旦交给了数据链路层，就被封装成MAC帧了。MAC帧在传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址，这两个硬件地址都写在MAC帧的首部中。

连接在通信链路上的设备（主机或路由器）在收到MAC帧时，根据MAC帧首部中的硬件地址决定收下或丢弃。只有在剥去MAC帧的首部和尾部后把MAC层的数据上交给网络层后，网络层才能在P数据报的首部的找到源P地址和目的P地址。

总之，IP地址放在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。在网络层和网络层以上使用的是IP地址，而数据链路层及以下使用的是硬件地址。在图4-8中，当IP数据报放入数据链路层的MAC帧中以后，整个的IP数据报就成为MAC帧的数据，因而在数据链路层看不见数据报的IP地址。

图4-9(a)画的是三个局域网用两个路由器R1和R2互连起来。现在主机H要和主机H2通信。这两台主机的P地址分别是IP1和P2,而它们的硬件地址分别为HA1和HA2(HA表示Hardware Address.)。通信的路径是：H1→经过R,转发→再经过R2转发→H2。路由器R1因同时连接到两个局域网上，因此它有两个硬件地址，即HA3和HA4。同理，路由器R2也有两个硬件地址HAs和HA6。

 图4-9 从不同层次看IP地址与硬件地址

 

 

这里要强调指出以下几点：

(1)在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报。虽然IP数据报要经过路由器R1和R2的两次转发，但在它的首部中的源地址和目的地址始终分别是IP,和P2。图中的数据报上写的“从IP1,到IP2”就表示前者是源地址而后者是目的地址。数据报中间经过的两个路由器的IP地址并不出现在IP数据报的首部中。

(2)虽然在IP数据报首部有源站IP地址，但路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择。

(3)在局域网的链路层，只能看见MAC帧。IP数据报被封装在MAC帧中。MAC帧在不同网络上传送时，其MAC帧首部中的源地址和目的地址要发生变化，见图4-9(b)。MAC帧的首部的这种变化，在上面的IP层上是看不见的。

(4)尽管互连在一起的网络的硬件地址体系各不相同，但IP层抽象的互联网却屏蔽了下层这些很复杂的细节。只要我们在网络层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的IP地址研究主机和主机或路由器之间的通信。