IP与MAC协同工作流程

在分组转发过程中，IP地址和MAC地址协同工作，但作用层次不同：

1. IP地址的作用（网络层）

• 全局寻址：IP地址用于标识数据包的最终源和目标设备（如计算机、服务器），确保端到端的逻辑通信。
• 路径选择：路由器根据目标IP地址查询路由表，确定下一跳的IP地址（即下一台路由器的接口IP），这是跨网络传输的核心依据。

2. MAC地址的作用（数据链路层）

• 本地寻址：MAC地址用于在同一物理网络内（如局域网）直接标识设备，实现单跳的物理传输。
• 帧封装：数据包需要封装成MAC帧才能在物理网络中传输。帧头部的源和目的MAC地址会随着每一跳的物理网络变化而更新。

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具体流程示例

假设计算机A（IP: 192.168.1.2）向服务器B（IP: 203.0.113.5）发送数据：

1. 计算机A的初始操作

   • 发现服务器B不在本地网络（通过子网掩码判断），于是将数据包发送给默认网关（路由器R1，IP: 192.168.1.1）。
   • 通过ARP协议查询网关IP对应的MAC地址（如R1的MAC: AA:BB:CC:DD:EE:FF）。
   • 封装MAC帧：源MAC（A的MAC）→ 目的MAC（R1的MAC），发送数据。

2. 路由器R1的处理

   • 解封MAC帧，检查目标IP（203.0.113.5），查询路由表，确定下一跳是路由器R2（IP: 10.0.0.2）。
   • 通过ARP获取R2的MAC地址（如R2的MAC: 11:22:33:44:55:66）。
   • 重新封装MAC帧：源MAC（R1的接口MAC）→ 目的MAC（R2的MAC），转发数据。

3. 后续路由器（R2、R3…）

   • 重复上述过程，每经过一个网络，MAC帧的源和目的地址都会更新，但IP地址始终不变。

4. 最终到达服务器B的网络

   • 最后一台路由器通过ARP获取服务器B的MAC地址，封装MAC帧并发送。
   • 服务器B收到数据后，解封IP包，发现目标IP与自己匹配，完成通信。

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关键总结

• IP地址：跨网络、端到端的逻辑寻址（全程不变）。
• MAC地址：同一物理网络内的物理寻址（每跳更新）。
• ARP协议：将下一跳的IP地址解析为MAC地址，实现物理传输。
• 路由器：剥离旧MAC帧头，根据IP地址选择下一跳，重新封装新MAC帧。

通过这种分层协作，数据包能在复杂的网络环境中高效、准确地从源传输到目的地。

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