【计网】为什么 IP 地址和 MAC 地址需要同时存在？

（以下内容总结自互联网。）

从 OSI 七层结构来说

IP 地址属于 IP 协议，是网络层的地址 ；MAC 地址属于以太网协议，是数据链路层的地址。

Q：为什么不能只用 MAC 地址，取消 IP 地址？
A：使用 IP 地址来定位比用 MAC 地址来定位更加方便，IP 地址有层次，MAC 没有。

Q：为什么不能只用 IP 地址，取消 MAC 地址？
A：源 MAC 在转发的时候会改变，到达目的地后就不知道是谁发来的了。
IP 头部里记录了源 IP 和目的 IP，这两个在路由器转发的时候都是不会变的。
以太网头部里记录了源 MAC 和目的 MAC，这两个在路由器转发的时候是会发生改变的。

Q：为什么不在 IP 头里再加几个字段“上一条 IP”、“下一跳 IP”呢？分别保存不行吗？这样不就能取消 MAC 地址了吗？
A：一开始没有这么做，后来再修改成本太大¹。此外，网络层除了 IP 还有其他协议，其他的协议可能会依赖 MAC 地址¹。

从历史原因来说

MAC 地址诞生得比 IP 地址要早。²³⁴

最开始，网络中的计算机数量比较少，只需要 MAC 地址就可以和同一网络上的计算机通信。

网络逐渐发展，主机的数量增加，同时也产生了很多个不同的网络，为了解决不同网络之间互连的问题，又加了一层，才有了 IP 协议⁴。

可以说，MAC 地址诞生之初用于识别不同设备，IP 地址诞生之初用于跨网络识别设备¹。

此外，不同的以太网可能使用不同的标准，MAC 地址可能也有所差异。更有可能数据链路层用的根本不是以太网，而是其他的协议（IP 协议甚至可以运行在蓝牙上⁵。）。IP 地址的存在就屏蔽了这种差异，把协议 A 地址、协议 B 地址、...互转变成了协议 A 地址↔IP 地址、协议 B 地址↔IP 地址、...，简化了流程。

Q：如果我不需要连接到互联网，只是同一局域网之间的设备互相通信，直接根据 MAC 地址来通信吗？（也就是不使用 TCP/IP 协议）
A：理论可行，但是你要重新实现一套网络层协议，直接用 MAC 地址作为定位依据。⁶

但是现在局域网依旧使用 IP 协议，毕竟有现成的为什么不直接用？

总结

MAC 地址和 IP 地址的目的各不相同，MAC 解决的是识别同网络下设备的问题，IP 解决的是识别很多个网络下设备的问题。

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1. ipv4 - Reason for both a MAC and an IP address - Network Engineering Stack Exchange ↩︎ ↩︎ ↩︎

2. when is ethernet born - Google ↩︎

3. when is ip born - Google ↩︎

4. 有了 IP 地址，为什么还要用 MAC 地址？ - 涛叔的回答 - 知乎 ↩︎ ↩︎

5. 各种无线传输协议汇总（一）- Bluetooth - CSDN ↩︎

6. ipv4 - Why use IP if we already have a MAC address? - Network Engineering Stack Exchange ↩︎