一、如果只用 MAC

最直接的问题是「路由表存不下」：MAC 是 48 位随机数，没有「哪一段属于哪个网络」这种结构。

第二行是关键：IP 能聚合，是因为「同一片地址在物理上也常在一起」； MAC 完全随机，前 24 位只说明厂商，不说明位置。 所以「一台设备搬到另一个城市」，它的 MAC 一点变化都没有——这在路由上是灾难。 这也是「IP 地址必须跟着位置走」的根本原因：只有「位置信息」才能被聚合。

二、如果只用 IP

另一个方向也不行：网卡发帧时，帧头里必须填一个 48 位的 MAC， 这个字段是硬件规定的，不能填 IP。

第一行「硬件规定」不是借口，是现实：以太网标准就是这么定的， 换协议要换硬件，成本高到不可能。 所以「两个地址都留」不是设计者偷懒： 它是「两种介质的接口」和「上层的可聚合寻址」两个需求的交集。 一个负责「在网里送到」，一个负责「找到哪张网」。

三、三句话总结

第一句：IP 管「方向」，MAC 管「交付」。 第二句：IP 会变，MAC 不变——所以 IP 能聚合，MAC 不能。 第三句：跨网段时，MAC 只在这一跳有效，每过一台路由器就换一次。

同一个包，MAC 换了一次，IP 一直没变。这就是「第 2 层管一跳、第 3 层管全程」的具体样子。 理解这一点，就理解了「为什么抓包看到的源 MAC 一直在变」——那正是路由器在干活。

四、动手 Demo：IP 和 MAC，一个都不能少

把两个地址的五个维度并排列出来，再读一次本机的实际值。 注意第三行和第五行：一个是「会变」，一个是「不能聚合」。

import subprocess
out = subprocess.run('ipconfig /all', shell=True,
                     capture_output=True).stdout.decode('gbk')
for ln in out.split('\n'):
    s = ln.strip()
    if s.startswith('IPv4') or s.startswith('物理地址'):
        print(s)

实跑输出：

--------------------------------------------------------------------
IP 和 MAC，一个都不能少
--------------------------------------------------------------------
**两个地址，两种命运**：**MAC 焊在网卡上跟着硬件走，IP 配在系统里跟着位置走。**

  项               IP 地址                    MAC 地址
  -------------------------------------------------------------------
  **长度**         **32 位**                  **48 位**
  **谁分配**       **按位置分配**             **出厂烧录**
  **会变吗**       **换个网络就变**           **基本不变**
  **作用范围**     **全程有效**               **只在一跳内有效**
  **层级**         **有网络部分，能聚合**     **没有层级，不能聚合**

**第五行是「为什么不能只用 MAC」的核心答案**：**MAC 没有结构，路由器无法「按前缀转发」。**
**全球几十亿个 MAC，只能一人一条记录，表根本存不下**；
**而 IP 有网络部分，一条 /8 就能代表一千六百万个地址。**

**实测本机这两个值**：
**IP 是 192.168.3.152(首选)，MAC 是 28-F1-0E-18-FA-25**
**这两个值一个是「逻辑位置」，一个是「物理身份」**——
**换一个 Wi-Fi，IP 变、MAC 不变，这就是最直观的证明。**

**「缺一不可」的准确含义是**：**IP 负责「找到哪张网」，MAC 负责「在网里找到哪块网卡」。**
**一个管方向，一个管交付。**

读到的 IP 和 MAC 就是「同一个接口的两个身份」：换一个 Wi-Fi，IP 变、MAC 不变， 这是最直观的证明。 「MAC 基本不变」这句话有例外：手机和笔记本都支持「随机 MAC」， 连公共 Wi-Fi 时会随机生成一个，防止被追踪。 所以「MAC 是设备的唯一身份」这个说法在今天已经不成立。 最后那句「IP 管方向、MAC 管交付」可以拿去解释很多现象： 比如「为什么换网络要改 IP」（方向变了）、「为什么 MAC 冲突会时通时不通」（交付错了）。 两个地址各管一段，故障也就分成了两类。

30 秒实验

1. 算一下：全球 80 亿台设备，每个一条路由要多少条？
2. 想一下：为什么 MAC 不能聚合？
3. 想一下：手机随机 MAC 对网络管理有什么影响？

常见误区

1. 以为「有 IP 就够了」。 链路层发帧必须填 MAC，硬件规定。
2. 以为「MAC 是永久的设备身份」。 现在可以随机，手机默认就这么干。
3. 以为「一个包从头到尾 MAC 不变」。 每过一台路由器就换，变的只是这一跳。

下一节讲一个「反过来的 ARP」：RARP。

• ☐ （本节完，下一节 5.3.4 RARP）

相关笔记

• ARP概要
• 路由控制表的聚合
• 📚 图解TCP／IP · 索引