物理地址是什么样的「物理地址有什么用」

没有任何联系。

MAC是Media Access Control Address的缩写，是大部分IEEE 802网络设备使用的物理地址格式。这个地址用于物理上直接可达的网络内的网络设备之间的通讯，在ISO-OSI七层模型中位于第二层数据链路层。

在使用CSMA-CD协议的以太网中，打个比方的话，这个地址的作用是，网卡A大喊网卡B的名字（MAC地址），其它网卡要假装没听到。

注意这个“假装没听到”：只要你打开了网卡的混杂模式（Promiscuous Mode），你就可以收到局域网上传输的所有数据包了。

处于这种状态的计算机被称为“sniffer”，这是一种侦测局域网故障或者盗取内网数据的常用技术，因此很多公司严厉禁止员工把自己的网卡设置到混杂模式。

总之，MAC用于连接在同一个局域网的网卡间的直接通讯；通讯模式是用带着目标MAC地址的数据报文在网络中广播，只有地址正确的那个网卡才会接收这个报文，其它网卡不予理睬（设置为混杂模式除外）。

IP地址是网络层地址，它属于ISO-OSI七层协议的第三层网络层。

IP地址的设计重点在于路由，也就是要考虑如何规划路径才能把报文投递给目标设备。

打个比方的话，IP地址类似于邮政编码，隐含了国家、地区、城市、街道等信息；携带IP地址信息的报文到了路由器之后，路由器要完成分拣工作、按照南来北往东投西递等不同方向给IP不同的报文分类、投递到正确的端口——比如，这一批邮件是发往X省的，都给997号班车；另一批邮件是发往Y省的，都给996号班车，等等。

等到了X省，那里的分拣中心（路由器）要进一步分拣，这一批到YP地区，走8235号班车；那一批到YY地区，走8233号班车，依此类推。

最终，等邮件到了你所在小区（局域网），IP地址就无能为力了。它只管分拣（路由）这一层，不管数据链路层。

这时候怎么办呢？

转交给MAC地址，让它投递给正确的网卡。

因此，IP协议需要数据链路层协议承载才能工作，单靠它是完成不了消息投递工作的。

但是，互联网上的IP报文并不携带MAC地址啊？它是投递到小区了，怎么找到正确的网卡呢？

这时就需要ARP协议来帮忙了。

ARP协议在你家/你公司的出口路由器里面维护一张ARP表，记录了本地局域网里面每一块网卡的MAC地址和IP地址的对应关系；互联网过来个报文，一看IP地址是202.11.123.13，ARP表一查，MAC地址FE.AC.12.34.56.78，于是在外面包装一层，打包成以太网数据，局域网一丢，完事。

注意，这里是在IP报文外面附加个以太网报头，并不影响IP报文本身。

换句话说，IP并不在乎自己的承载协议是不是以太网协议、也不在乎物理地址是不是MAC地址——所以才说IP地址和MAC地址毫无关系——你完全可以用另外一套地址协议取代以太网/MAC地址。只要实现个自己特有的ARP体系即可。

举例来说，你自己玩无线电，自己定了个地址协议，用甲、乙、丙、丁标记不同的接收机（或者用载波频率90MHZ、94MHZ、96MHZ、104MHZ区分也没问题）；那么只要你做一个甲、乙、丙、丁和IP的对应表、正确实现了相关地址的翻译工作，这些接收机就可以通过互联网访问，对IP报文没有丝毫影响。

最后，额外提一提NAT。

我们用的PC、手机往往有一个局域网ip地址，一般是192.168.0.*；这个地址并不能用于互联网访问。它和真实的互联网地址之间可以通过NAT协议相互转换。

比如，路由器的互联网地址是202.10.11.123，你的局域网ip地址是192.168.1.16；当你访问互联网时，路由器会把你的IP地址替换成202.10.11.123然后才发送到互联网；互联网服务器回应你时，也会使用202.10.11.123这个地址（也就是你的路由器的互联网地址）。

然后，你的路由器会维护一个对外通信端口和内部ip的对应表。比如，它把你的报文通过端口14566和互联网服务器通讯；那么当端口14566端口收到报文时，它就会把ip地址202.10.11.123替换成你的局域网ip 192.168.1.16，然后再查ARP表、打包成以太网报文并最终完成通信。

这个过程，就是所谓的NAT（网络地址转换）。

如果你所在的公司很大的话，路由器可能仅仅完成局域网IP的翻译工作，报文仍然需要借助路由协议投递到你所在部门的子网，然后再打包成以太网报文，这才能投递给你。

注意，在公司很大这个场景下，不同部门的子网可能仍然是通过以太网协议接入的；因此，“报文投递到正确子网”这一步也要打包成以太网报文、投递给子网网关（此时用的MAC地址是子网网关的MAC）；然后子网网关从中解出IP报文、把以太网包头丢弃，之后再次用你的MAC打包成以太网包，这才能投递给你。

其中，公司主网关使用部门子网网关MAC打包、投递这一步，对你来说是不可见的——甚至于，这一步可能在互联网上就要执行十多次（没错，你用trace router追踪时，看到的每一跳可能都对应着一个重新打包-解包过程）。

由此也可见，IP地址和MAC地址其实是毫无瓜葛的。两者仅仅是在传输过程中偶遇、旋即分开而已——那仅仅是报文投递过程中的一个实现细节罢了。

网络上各种设备既是分散在不同位置、不同岗位上的、职责各不相同的一堆个体，又是彼此联系、彼此合作的一个整体。

因此，学网络，一定要搞明白不同阶段、不同位置报文的投递原理以及地址转换/翻译的具体机制；同时还要搞明白每个设备的职责以及在报文投递链上的作用和位置；千万不要胶柱鼓瑟，死板的记忆一堆散乱的名词——那只会越学越晕。