计算机网络中IP地址和MAC地址

计算机 网络中的网络地址有I P 地址和物理地址之分，对

于主机间的通信时，它们的作用也不一样 。

l   I P 地址

为 了保证 I n t e r n e t 网上主机通信时能够相互识别 ，不引

发冲突，必须给每一台计算机分配一个独一无二的标识符 ，

而I P 地址就正是授权机构给每一个接 入I n t e r n e t 的主机分配

的一个计算机标识符 。根 据T C P ／ I P 协议的规定 ，I P 地址 由

3 2 位 二进制数组成，而且在 I n t e r n e t 范围 内是唯一的，但这

些二进制数字人们书写和记忆起来不方便。人们为了便于书

写和记忆，又将组成计算机 的I P 地址 的3 2 位二进制数字分成

四组 ，每组8 位二进制数 ，每组 中间用 点号 隔开 ，然后再将

每组二进制数转换成等值 的十进制数 ，这样计算机 的I P 地址

就变成了形如 ：2 2 2 ．2 3 ．2 4 ．1 的形式。

I n t e r n e t   I P 地址 由I n t e r   N I C ( I n t e r n e t 网络信 息 中

心 )统一负责全球地 址的规划 、管理 ，同时由全球三大 网

络 信息 中心具体 负责美 国及其 它地区 的I P 地址 分配 。通 常

每个国家需成立 一个组织 ，统一 向有关 国际组织 申请I P 地

址 ，然后 再分 配给 客 户 。也正 是这 样 的统 一管 理 ，使 得

I P 地址在 I n t e r n e t 中具有 唯一性 。计算机 的I P 地址 由网络

网络和主机地址 两部分构 成。I P 地址 的网络地址和 主机 地

址这两部分 所 占的位数 随地址类型 的不同而不 同。I P 地址

的 这种 结 构有 利 于在 I n t e r n e t 上方 便 地 寻址 ，即 ：先 按

I P 地址 中的网络 号找到通信 的对方所在 的网络 ，再 按主机

号找到主机 ，网络地址用 于路 由选择 ，而主机地址 用于在

网络或 子网 内部寻找 一个 主机 。一个 I P 地址使得将 来 自源

地址的数据通过路 由而传送 到 目的地址变为可 能。

I n t e r n e t 的T C P ／ I P 协 议采用 了一种 全局通 用 的地址格

式 ，为全 网主机都分 配一个 I P 地址 ， 以此屏蔽物 理 网络地

址 的差异 。T C P ／ I P 的这 一特 点使 I n t e r n e t 成 为一个 单一 的

虚拟 网络 。人们从一个 网络节点 向另外一个 网络节点发送

数据 时，不用去考虑 数据包如何传送 、也不用 考虑数据 包

是如 何接收的 ，只要 知道 目的节 点的 I P 地址就 可 以了，其

他 的交给T C P ／ I P 协议去完成。

由于网络中包含 的计算机数 目可能不一样 多 ，人们 按

照 网络规模 的大小 ，把 3 2 位 I P 地址划分 为五类 。其 中比较

常见的是A 类、B 类、C 类I P 地址。

( 1 )A 类 I P 地址 。A 类I P 地址用8 位表 示网络号 ，剩 下

的2 4 位表示 本地计算机 号，而且 网络地 址的最高位 必须是

“ 0 ”。A 类 网络地址 数量较少 ，可 以用于 主机 数达 1 6 0 0 多

万 台的大型网络 。

( 2 )B 类 I P 地址 。B 类 I P 地址 l   6 位表示 网络 号，剩

下 的 1 6 位 表 示本 地计 算 机号 ， 网络 地址 的最 高位 必须 是

“ 1 O ”。B 类网络地 址适 用于中等 规模 规模 的网络 ，每个 网

络所能容纳的计算机数 为6 万 多台。

( 3 )c 类 I P 地址 。C类 用2 4 位 表示 网络 号 ，剩 下 的

8 0表 示本地计算机 号网络地址 的最高位 必须 是 “ 1 1 0 ”。

c 类 网络地址数量较多 ，适用于小规模的局域网络，每个 网

络最多只能包含2 5 4 台计算机。

除 了上 面三种基本类 型的I P 地址 ，还 有几种特殊类 型

的I P 地址。T C P ／ I P 协议规定 ，凡I P 地址中的第一个字节 以

“ 1 1 l O ”开始 的地址都 叫多点广播地址 ，留着将来作 为特

殊 用 途 ( 又 称 E 类 I P 地 址 ) ； I P 地 址 中 不 能 以十 进 制

“ 1 2 7 ”作为 开头 ，1 2 7 ． 1 ． 1 ． 1 用 于回路测试 ， 同时 网络号

的第一个 6 位 组也 不能全 置为 “ 0 ”，全 “ 0 ”表 示本地 网

络 。D 类I P 地址 是组播地 址，主要是保留给I n t e r n e t 体系结

构委员会使用 ，E 类I P 地址保 留在今后使用 。

I P 的寻址规则：①I P 地址必 须唯一的。② I P 地址 的各

个位不能都全为 “ 1 ”，如果所有位都为 “ 1 ”，则该机地址

是广播地址 。③ I P 地址各个位不能都为 “ 0 ”，如果各个位

都为 “ 0 ”，则表示只有这个网络，网络上没有任何主机 。

I P 的其他事项 ：一般 国际互联 网信 息中心在分配 I P 地

址 时是按照 网络 来分配 的，组织机构在 申请地址时 ，实际

上是分配 到一个网络地 址。在分配 I P 地址 时， 网络地址 是

固定的 ，而 计算机主机地址 是可 以在 一定范围 内变化 的，

由申请地址 单位 自行组 织，I P 地址也 不反映任何有 关主机

位置的地理信息 。

2   l l ^ C 地址

M A C 地址 是 ( M e d i a   A c c e s s   C o n t r o 1 )介质访问控制

收稿 日期：2 0 0 8 — 1 0 — 2 6修回 日期：2 0 0 8 — 1 1 — 2 O

作者简介： 程军锋 ( 1   9 8 0 一 ) ， #- ~ L 县人， 助教， 从事计算 机理 论教学和研究工作。

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的简 称 ，又 称 物理 地 址 、硬 件 地 址 。它 是每 块 以太 网卡

( E t h e r n e t   N I C )的标 志符 ，是一 个4 8 位的二进 制数 ，每

块 网卡的M A C 地址 都是唯一 的。以太 网卡厂家必 须向I E E E 的

相应组 织 申请M A C 地址 ，为其生产 的网卡编号 。每块 网卡在

出厂 时其M A C 地址 固化 在网卡E P R O M 中。任何 两个 网卡 ，不

管它们是哪 一个 厂家 的产 品，其M A C 地址 都不应相 同。这个

地址与 网络无关 ，无论接入到 网络的任何位置 ，它的M A C 地

址不变，M A C 地址一般不 能改变 ，用户 不能 自己设定。

M A C 地 址共有4 8 位 ，前2 4 位 是 由生产 厂家 向I E E E( 电气

与 电子 工程师协 会 )申请的厂 商地址 ，后2 4 位 就 由生产厂

家 自行拟 定 ( 早 期2 字节 的M A C 却 不用 申请 )。通 常表 示为

1 2 个 1 6 进 制数，每2 个1 6 进制数之 间用 冒号隔 开，如：0 0 ：

1 9 ： E O： 2 0 ： A 1 ： D 6 就 是一个 M A C 地 址 ，其 中前6 位 1 6 进 制

数 0 0 ： 1 9： E O 代 表 网 络硬 件 制 造 商 的编 号 ，它 由I E E E 分

配 ，而 后3 位 1 6 进制 数2 D： A 1 ： D 6 代表该 制造商所制造 的某

个 网络 产 品 ( 如 网 卡、路 由器等 )编号 。每个 网络制造 商

必须确保所 制造 的每个 以太 网设备M A C 地 址的前三个字 节相

同而后 三个字 节不 同，这样 就可保 证世界 上每个 以太 网设

备都具有唯一的M A C 地址 。

3   I P 地址和l I ^ C 地址的关系

以太 网 中两 台计算机 的通信 ，最 终都要通 过物理 地址

进行 ，因 为I P 地 址 对 于最 底 层 的 网络 通讯 硬 件 是 不可 见

的 。M A C 地址在 网络通 讯时 ，A R P( 地 址解 析协 议 )负责将

I P 地 址 映射 到M A c 地址 。假 定 在局 域 网 同一子 网 中， 主机

A 要 向主机B 进行通信 ，但 它仅知B 的I P 地址而不知其物 理地

址 。为完 成 通 讯 ，A 必须 得 f t J B 的物 理 地址 ，这就 须 利 用

A R P 协议 。A 首先广播 一个A R P 请 求报 文 ，以B 的I P 地址请 求

B 主机 回答 其物 理地 址 。同一 网段 中所 有主 机 都将 收到 该

A R P 请 求 ，但只有B 识别 出 自己的 I P 地 址并 回答 自己的物 理

地址 。这样 ， I P 地 址就 被转 化成 了物 理 地址 。A 收 到这 个

A R P 回答包后 ，就可 以与B 进行通信 了。

如果 两个需要通信 的主机在 不 同的 网络 ，那 么A R P 工作

过程要 经过 了路 由，过程将会 复杂一 些 。假 设一个 网络上

一

台名称 为的A 主机 ( I P 地址为 I P   A ，M A C 地址 为M A C   A )和．

另个 子网 的另一 台名称 为B 主 机 ( I P 地址 为I P   B ，M A C 地址

为M A C B )将要进 行通信 。这两 台主机不在 同一 个网络 ，之

间不是直 接连接起 来 的，因而 数据包在 传递 时必然 要经过

许 多 中间节点 ( 如路 由器等 )，假定在 传输过 程 中要经过

X 、Y 、Z ( 其 M A C 地址分别 为 M A C   X ，M A C   Y ，M A C   Z )三个

节 点 。x 在将通 讯之 前 ，首 先广播 一个A R P 请求报 文 ， 由于

B 不在 该子 1 ) I ) 4 ，所 以无法识 别该 I P 地 址 ，~ ． 1 J A 会 找到其 要到

达B 所 必须经 历 的第 一 ‘ 个 中间节 点X( M A C 地址M A C   X )，然

后 在 其 数 据 包 中 封 装 这 些 地 址 ： I P   A 、 I P   B ，M A C   A 和

M A c _ X 。当报文传Nx 后 ，再 由A R P 根据 其 目的主机 的I P 地址

T P

— B ，找 到 其 要 经历 的第 二 个 中 间节 点 Y( M A C 地 址M A C

Y )，   然 后再将封装 带有Y 的数 据包传 送Nz 。如此类推 ，

直到 最后 找到带 有 I P 地 址为 I P   Y 的Y 主机 的地址M A C — Y ，最

终传 送给 主机B 。在 传输 过程 中 I P _ A 、I P — B 和M A c _ A 不变 ，

而 中间节 点的M A C 地址通 过A R P 在 不断改变 ( X ，Y ，Z )，直

至找到 目的地址M A C   B 。A 收 到这 个A R P 回答 包后 ，就可 以与

B 进 行 通 讯 了 。

厂 _ ] 堡 璺 苎

为 提高通 信效 率，A R P 使用 了缓存技 术 。在 每 台A R P 主

机 中都 保 留 了一 个 专用 的 内存 区 ，保 存 了一 定 数 量 的从

I P 地 址 到M A C 地址 映射 。这一 缓存 区通 常被 称 为地 址解析

表 。一收~ U A R P 应答 ，主机就将 获得的I P 地址和物理地址存

入地址 解析 表 ，这 样就 能够 减少A R P 报 在局 域 网上发 送次

数 。发送报 文时 ，它首先 到地址解 析表查 找相应 的项 ，若

找不 到再利用A R P 进 行地址解析 。由于 网络 通信时几乎都要

连续 发送 多个报文 ，所 以缓存技术 可 以大 大提高数据 传输

效率 。同时，A R P 缓冲 中I P 地 址与物理地址 间的映射 并不是

生成后就永久 不变，而是每一个A R P 映射表项 都有 自己的时

延 ，如果 过 了一 定 的时 间还没 有新 的A R P 到来 ，那 么这 个

A R P 映射就会 从缓冲 中删 除。那么下…次计算机 向这 个I P 地

址送 数据 包时必须进行新的查询。

另外 I P 地址和M A C 地址是有 区别的 ，虽然他们在局域 网

中是一 一对应 的关系 。但 I P 地址 不受硬件 限制 ，比较容 易

记忆 的地址 ，而M A C 地址却是用 网   的物理地址 ，与硬件有

直 接 关系 ， 比较难 以记 忆 。 I P 地 址和M A C 地 址 的联系 和 区

别 。主要 原因有 以下几 点：① I P 地 址的分 配是根据 网络 的

拓 扑结构 ，而不是根 据物理 地址 网络的物 理结构 ，和硬件

无关 。② I P 地 址对于 网卡没有 特殊 要求 ，和 网卡厂家 没有

关系 ，也就 是说I P 地址与M A C 地址没有绑定 关系，I P 地址到

M A C 地 址 的映射 可 动态 建立 。例 如 ，如 果一个 以太 网卡 坏

了，可 以被更 换 ，而 无须 申请 …个 新的I P 地址 。如果 一个

I P 主机 从 一 个 网络 移 到 另一 个 网络 ，可 以给 它 一个 新 的

I P 地 址 ，而无须 换一个新 的 网卡。③无 论是局域 网 ，还 是

广 域 网中的计 算机间 的通 信 ，最终都表 现为将 数据包从 某

种形式 的链路 上的初始 节点 出发，从一 个节点传 递到另 一

个节 点，最终传送 到 只的节点。

4   I P 地址和域名

在 I n t e r n e t 上 ，每 台计算机 和 网络设 备的 I P 地 址是全

世 界唯一 的。但是 它不容 易记忆 ，为 了方便人们记 忆 ，又

便 于计算机通 信 ，授权机 构就又给 计算机 取 了一个 名字来

代替 I P 地 址，这个名字 就是域名． 域名是I n t e r n e t 上用来寻

找 网站 所 用 的名字 。~m y d o m a i n ． c o m 代 替2 2 2 ． 2 3 ． 2 4 ． 6 8 。

每一个 网址~ g E m a i l 都 要用到域名 ．域名 一般用可 以字母和

数字 以及横杠 等组成 ，字母 的大小 写没有 区别 。每 一个域

名 与 I P 地 址 是 一 一对 应 的 ， 网络上 计 算 机 的域 名 地址 和

I P 地址 实质上 是相 同的，域名 是用户 级地址 ，通信 时必须

翻译成I P 地址 ( 由D N S 解析 )。

用户 上 网访 问某一 站点 时 ，可 以输入 它的I P 地址 ，也

可 以输入 它 的域名 。人 们输入 域名 ，浏览器 就会 自 动把 这

个域名送 到域 名服 务器 ( D N S 服 务器 )。D N S 服 务器 中主 要

存 放着计算机 的域 名和I P 地址 映射 的数据表 。D N S H ~ 务器收

到传来 的域名 后 ，首先 在域名 和I P 地址 相对应 的数据表 中

查找对应 记录 ，如果有 ，它就 把与域 名对应 的I P 地址返 回

给 具 体 的通 信 软 件 ，通 信 软 件通 过 I P 地 址找 到 相应 的站

点，把 该站点 的 内容传 到用户 的计算机 上 ，用 户通过浏 览

器 就 看 到 该 网站 的信 息 ：如 果 没有 找 到 与 该域 名对 应 的

I P 地 址 ，浏 览器会 告诉用 户不 能打开该 网页 ，即找不 到用

户所要访 问的I P 地址 ，因此也就无 法访 问该网站的信息。