Por que os endereços Ethernet/MAC são necessários?

Question

Não entendo por que os endereços MAC Ethernet são necessários. Todos os computadores não podem simplesmente estar conectados à rede unificada e usar endereços IP para se comunicar?

Por exemplo, existe o seguinte mecanismo na Ethernet:

1. Computador com IP 192.168.1.1( X.1) deseja enviar um pacote para 192.168.1.2( X.2)
2. X.1usa ARP para obter o MAC deX.2
3. Para isso, X.1é necessário enviar um pacote para todos os computadores da rede; só um vai responder
4. X.1pega um MAC e envia o pacote

Não seria mais simples executar apenas uma etapa:

1. X.1envia um pacote para todos os computadores da rede; apenas X.2irá processá-lo, outros irão ignorá-lo

A questão complementar seria: Por que são necessários endereços IP, se todos os dispositivos possuem endereços MAC exclusivos?

Answer 1

Odiferentes camadas de redeexistem para permitir que sejam trocados por diferentes tecnologias.

As duas camadas das quais você está falando aqui são as camadas 2 e 3. A camada 2 neste cenário é Ethernet - da qual surgem os endereços MAC, e a camada 3 é IP.

A Ethernet funciona apenas em nível local, entre dispositivos de rede conectados a um "datalink" de rede de transmissão, enquanto o IP é um protocolo roteável e, portanto, pode direcionar dispositivos em redes remotas.

Os requisitos de cada um deles são diferentes. Ethernet especifica uma família de tecnologias que permitem o envio e recebimento de pacotes entre dispositivos de rede, enquanto o IP define um protocolo que permite que pacotes de dados atravessem múltiplas redes.

Nenhum deles depende do outro, o que dá flexibilidade à rede. Por exemplo, você pode optar por se conectar ao seu serviço de Internet usando IP sobre Ethernet, mas em sua rede interna, você pode optar por usar IP sobre... papel. Onde alguém anota o conteúdo de cada pacote e o leva fisicamente até outra máquina e o digita. É claro que isso não seria particularmente rápido, mas ainda assim seria IP, desde que a pessoa carregasse os pedaços de papel respeitando as regras de roteamento IP.

No mundo real existem diferentes protocolos de datalink que você já está usando dois diferentes (embora seus esquemas de endereçamento sejam os mesmos): 802.3 - ethernet e 802.11 - wifi.

O IP não se importa com qual é a camada subjacente.

Da mesma forma, o IP pode ser trocado por diferentes protocolos da camada de rede (desde que isso aconteça para todos os participantes). ComoCaixa eletrônico.

Embora não haja nada que impeça diretamente a criação de um protocolo que englobe tanto a camada 2 como a camada 3, ele seria menos flexível e, portanto, menos atraente e, portanto, pouco provável de ser utilizado.

Answer 2

Onde seria tomada essa decisão de processar ou ignorar o pacote? Nenhuma resposta é realmente satisfatória:

1) No interruptor? Bem, isso significaria que os switches precisam entender todos os protocolos que determinam quais computadores estão interessados ​​em quais pacotes. Isso não só aumentaria o custo dos switches e reduziria sua velocidade, mas também tornaria as alterações no protocolo IP muito mais difíceis de implementar.

2) No hardware da interface Ethernet? Bem, isso tornaria a rede muito mais lenta, pois cada pacote de dados precisa ir para todas as máquinas. Tecnologias como WiFi e redes de pontes com pontes mais lentas seriam impossíveis. Ter a Ethernet funcionando em velocidades diferentes e interoperando seria impossível. Tecnologias como IPv6 ou IP multicast exigiriam alterações de hardware para serem implementadas em todas as estações finais Ethernet.

3) Em software? Bem, isso tornaria os computadores muito mais lentos, pois eles teriam que lidar com um número muito maior de interrupções na interface de rede. Todas as preocupações com pontes, VPN e Wifi mencionadas acima também seriam problemas.

Tudo isso tornaria a Ethernet inutilizável sem IP e significaria que seriam necessárias mudanças na Ethernet para fazer alterações no IP. Que nojo.

Separações de preocupações são boas.

Answer 3

O endereço IP e os endereços MAC operam em diferentes camadas doconjunto de protocolos de internet. Os endereços MAC são usados ​​para identificar máquinas dentro da mesma rede de transmissão na camada 2, enquanto os endereços IP são usados ​​na camada 3 para identificar máquinas em diferentes redes.

Mesmo que o seu computador tenha um endereço IP, ele ainda precisará de um endereço MAC para encontrar outras máquinas na mesma rede, já que cada camada usa camadas subjacentes. Na página mencionada anteriormente você pode encontrar alguns diagramas interessantes explicando detalhadamente o conjunto de protocolos.

Answer 4

O problema de congestionamento é enfrentado pela rede Ethernet à medida que aumenta de tamanho. Esta entrada pode sufocar a rede e introduzir atraso. Este é um dos fatores que trouxe o conceito de sub-rede. Mas, com sub-redes, precisamos de uma entidade adicional chamada roteador para permitir que o pacote viaje de uma máquina em uma sub-rede para uma máquina em outra sub-rede.

A distância percorrida pelo cabo Ethernet é outra grande preocupação, pois pode limitar o sucesso das transmissões se ultrapassar determinado limite. Isso trouxe novas entidades na forma de hub/repetidor.

Observe que todos os mecanismos de comunicação não utilizam endereço MAC para comunicação. PPP e HDLC não usam endereço MAC para identificação.

Além disso, observe que algumas redes não usam Ethernet. As redes Token Ring requerem uma camada de enlace de dados diferente.

Se você enviar um pacote da rede A para um dispositivo na rede B, endereçando-o através do endereço MAC do dispositivo na rede B, ele será descartado na própria rede A. Observe que mesmo se houver um roteador entre a rede A e a rede B, o roteador descartará o pacote enquanto o roteador funciona recebendo pacotes endereçados ao seu endereço MAC, mas para endereços IP diferentes.

A partir dos cenários acima, fica muito claro que a Internet não é uma rede plana devido a várias redes locais/privadas. Existem também várias entidades de rede entre origem e destino.

Como a Internet não é uma rede plana, o endereço MAC não é usado para todos os tipos de comunicação e algumas redes exigem uma camada de enlace de dados diferente da Ethernet, precisamos de um endereço IP para encaminhá-lo para o nó desejado, independentemente da localização do nó e isso é alcançado com a camada de rede.

Além disso, consulte uma discussão semelhante emhttps://stackoverflow.com/questions/26290069/arp-vs-ip-why-do-we-need-both