简单的说，mac位于osi网络模型的第二层，俗称链路层，而ip地址位于osi模型的第三层，俗称网络层。mac地址主要用于链路层的通讯，事实上这个所有以太网通讯最终都是链路层的通讯，只不过翻译的过程电脑或者路由器帮你做掉了。其中的一个过程就叫做arp，用来翻译ip和mac地址。

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先说简单的没有路由器的情况，主机a要给主机b发数据，主机a会询问，主机b的ip地址所对应的mac是啥？这是个广播，网络中所有主机会收到，但是只有主机b会回给主机a，告诉主机a，它自己的mac地址，这样，主机a就记录下了主机b的ip和mac的对应关系。之后只要发给这个ip的数据就直接往这个mac上发就可以了。所以，最终数据发给哪个主机，是mac地址决定的。

那路由又是怎么回事儿呢，先看看以太网的帧格式，以太网帧就像一个信封，帧头写了目的mac和源mac地址，里面就把上层ip帧装里面了。那ip帧呢，帧头写了目的ip和源ip等信息，再将上层的封包装里面，比如tcp或者udp，这样一层一层包装上去。交换机收到以太网帧，只会处理以太网的帧头，决定往哪个端口转发，路由器呢，则要处理ip帧头，再决定往哪个端口转发。怎么处理呢？

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举个例子，你要从上海，写一封信到广州，你会写上你朋友在广州的地址，这个地址，就是类似ip地址。但是这封信不是直接送到广州的，而是要先送到邮局，这个邮局就是类似我们说的路由器，第一个路由器，我们可以称之为网关。邮局看到ip地址，哦，是发往广州的，他就要查，这封邮件的下一站要去哪里，比如下一站是杭州的中转站，而邮局根据内部的代号，就知道下个目的地地址了，这个代号就是mac地址，就这样，邮件打上去杭州的包装，去了杭州。

到了杭州，中转站拆掉外层的包装，再检查目的ip，再决定去哪里，比如福州，于是包上福州目的信息的包装，送到了福州，福州中转站拆掉外层包装，根据目的ip，下一站是广州目的地，于是再包装上目的地是广州的包装，送到了广州。在这里，杭州和福州的中转站，就类似路由器，路由器根据ip路由表决定下一跳，但是最终需要通过mac地址（外层包装）来决定传送给谁。

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一般一个物理设备对应一个mac地址，并且是全球唯一，对应协议栈的数据链路层。而ip地址是对于一台设备或者一个接口可以是多个，并且随时可以根据所在网络进行更换，更换后的ip和mac会通过一些协议和机制来更新。

所以如果只有链路层而没有网络层，那么整个通讯就是一张没有路由的大网，一个人找一台主机就要广播给全网主机，这显然是不可能的。网络层就能将链路层的广播域划分开，通过路由表决定数据走向。而链路层除了寻址，还有很多其他功能，比如lacp聚合，stp防止网络风暴等，这些都是以太网链路层的功能，网络层不参与也不需要ip地址。

以上是针对以太网来说的，事实上ip网络已经可以被承载在其他类型的网络上，那些网络的链路层定义是不同于以太网的，比如大家熟悉的wifi，lte，基于802.15.4的zigbee等，这样，ip网络事实上是硬件无关的寻址方式，而mac地址仅仅针对特定硬件类型的网络。就比如上面送邮件的例子，地址还是广州的地址，但是没有交给邮局送，而是交给了快递，那么经过的中转站和快递的内部站点通信方式和邮局可能完全不一样，但是信件还是被送到了广州的地址。

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