为了找一个答案，看了一本书，「网络是怎样连接的」。
我们都知道，DNS是用来根据域名查询IP地址的，而ARP协议则是根据IP地址查询MAC地址的。偶然想到，如果传输一个网络数据包通过IP地址就可以知道目的地，那么MAC地址在这个过程中的作用是什么呢？看完书发现，之前对应用层和传输层关注过多，而忽略了链路层。
网络是从无到有一步一步发展到今天这个形态，所以，就必然会有着一些由于历史原因所导致的元素，而这也是事物发展所必须要要经历的阶段。
1. MAC地址
MAC地址就是网卡的身份证号，唯一且不轻易变。
2. 集线器
解决了一台电脑需要和其他多台电脑互联的需求，它可将收到的数据包发送给所有端口的设备，即，广播，非目标MAC地址接收者则自动忽略。
3. 交换机
相比于集线器的无脑广播，交换机可以做到精准发送，自身有一张存储了端口和MAC地址的对应表，可以把数据包只发送给目标MAC地址。从理论上来说，只要把所有的交换机都连接在一起，那么网络中所有的设备都可以互联。不过，一般用从理论上这句开头的设想，在现实中都是不成立的。当交换机中的一个端口连接的是一台设备时，它的MAC地址表中只需要存储一条记录，即一个端口对应一个MAC地址，但是，当这个端口连接的是一个交换机时，它的映射表中增加的不是一条记录，而是需要把另一台交换机中所有的MAC地址都添加到自己的记录表中，这样，当有设备给其他交换机下的MAC地址发送数据时，它可以查到这个数据需要发送到这个连着交换机的端口，数据到达另一个交换机后，这个交换机再根据MAC地址精准转发到目标端口。换句话说，网络中每个交换机中都存储着所有设备的MAC地址，几百个设备可能还勉强可以，但当到达一定级别的数量之后，这个网络可能就变得十分臃肿且不可行。
4. IP地址
在上面这两个设备中，都是使用MAC地址来指定数据接收地址的，还涉及不到IP地址，毕竟每块网卡的MAC地址都是唯一且不变。当设备多到交换机难以为继时，就要考虑新模型了，这也就是当下在用的，子网。只有处于同一子网中的设备，可通过交换机直接互联。那么，如何判定是否处于同一子网呢？如果依据MAC地址，那么网络内每个设备都需要维护一个所有设备的MAC列表，但是设备是动态变化的，而且一个设备可能这个时候在这个子网中，下个时候在其他子网中，所以不可行。这个时候，IP地址应运而生，用一个长度为32bit的数字来标识每一个设备，点分十进制之后，就是我们经常看到的形式，IP地址由两部分组成，网络号和主机号，用子网掩码来标识。如192.168.1.10/24，表示前面24位表示网络号，即192.168.1，剩下的表示这个设备在这个网络中的主机号，即10，是这个网络中的第10台主机。
5. 路由器
在发送数据前，先计算一下自己的网络号和目标设备的网络号，如果相同说明处于同一子网中，那么就可直接将数据发出，如果处于不同的子网，那么就将数据发送给网关，网关通过路由器转发，最终将数据发送到目标设备所在的网络中，网关收到数据后，根据数据接收IP地址，查找对应的MAC地址，然后发出。网关的地址是提前配置好的，打开电脑的网络设置，除了可以看到我们的IP地址，还可以看到一个网关的地址，一般主机号都是1。路由器在转发数据包时，是根据自己存储的路由表来寻中下一跳的地址，至于这个路由表是怎么生成的，因为说不明白，所以就不说了。
参考
有了 IP 地址，为什么还要用 MAC 地址？
集线器、交换机、路由器、网桥、网关之间的区别和联系