โลกของเครือข่ายได้ถกเถียงคำถามพื้นฐานมานาน: หากเรามี IP address เพื่อระบุอุปกรณ์บนอินเทอร์เน็ตแล้ว ทำไมเรายังต้องการ MAC address อีก? คำถามที่ดูเหมือนง่ายนี้ได้จุดประกายการอภิปรายอย่างกว้างขวางในหมู่วิศวกรเครือข่ายและผู้ที่สนใจวิทยาการคอมพิวเตอร์ โดยเผยให้เห็นความเข้าใจเชิงลึกเกี่ยวกับการทำงานของโครงสร้างพื้นฐานอินเทอร์เน็ตสมัยใหม่
อินเทอร์เน็ต vs เครือข่ายท้องถิ่น: เรื่องราวของระบบการกำหนดที่อยู่สองแบบ
ข้อมูลเชิงลึกที่หลายคนมองข้ามคือ อินเทอร์เน็ตเองไม่ได้ใช้ MAC address เลย เมื่อแพ็กเก็ต IP เดินทางข้ามโลก มันไม่เคยนำข้อมูล MAC address ไปด้วย แต่ MAC address มีจุดประสงค์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง - มันจัดการการสื่อสารเครือข่ายท้องถิ่นภายในส่วนเครือข่ายแต่ละส่วน เช่น Wi-Fi ที่บ้านหรือ Ethernet ที่สำนักงาน
ลองคิดดูแบบนี้: IP address เหมือนกับที่อยู่ไปรษณีย์ที่ช่วยให้จดหมายเดินทางระหว่างเมืองและประเทศต่างๆ ในขณะที่ MAC address เหมือนกับหมายเลขห้องที่ช่วยในการส่งของภายในอาคารเฉพาะ แต่ละตัวมีจุดประสงค์ในระดับที่แตกต่างกันของเครือข่าย
โครงสร้างเฟรม Ethernet ทั่วไป:
- ที่อยู่ MAC ปลายทาง: 6 ไบต์
- ที่อยู่ MAC ต้นทาง: 6 ไบต์
- EtherType: 2 ไบต์ (0x0800 สำหรับ IPv4, 0x86DD สำหรับ IPv6)
- เพย์โหลด IP: ความยาวผันแปร
- Frame Check Sequence: 4 ไบต์
บริบททางประวัติศาสตร์: Ethernet มาก่อน
เหตุผลที่เรามีระบบการกำหนดที่อยู่แบบคู่นี้ย้อนกลับไปถึงประวัติศาสตร์ของเครือข่าย เทคโนโลยี Ethernet มาก่อนการใช้งาน IP networking อย่างแพร่หลาย เครือข่าย Ethernet ในยุคแรกเป็นสายเคเบิลที่ใช้ร่วมกันแบบง่ายๆ ที่อุปกรณ์ทั้งหมดสามารถได้ยินการสื่อสารทั้งหมด อุปกรณ์แต่ละตัวต้องการตัวระบุที่ไม่ซ้ำกัน - MAC address - เพื่อทราบว่าข้อความใดมีไว้สำหรับพวกมัน
Ethernet ได้รับการออกแบบให้เป็นวิธีที่ถูกที่สุดในการเชื่อมต่อเครือข่ายเครื่องหลายเครื่องเข้าด้วยกัน ทุกอย่างถูกเชื่อมต่อกับลูปยาวเดียวของ coax ด้วย 'vampire taps' ที่กัดเข้าไปใน coax เพื่อเชื่อมต่อเครื่องหลายเครื่อง
เมื่อ IP networking ได้รับความนิยมในภายหลัง มันได้รับการออกแบบให้ทำงานบนเทคโนโลยีเครือข่ายที่มีอยู่เช่น Ethernet แทนที่จะแทนที่มันทั้งหมด แนวทางแบบชั้นนี้ทำให้ IP มีความยืดหยุ่นและสามารถทำงานบนเครือข่ายทางกายภาพหลายประเภท
ไทม์ไลน์วิวัฒนาการของเครือข่าย:
- ทศวรรษ 1970-1980: Ethernet รุ่นแรกที่ใช้สาย coax แบบใช้ร่วมกันและ vampire taps
- ทศวรรษ 1990: การแนะนำ Ethernet hubs พร้อมสาย twisted pair
- ทศวรรษ 2000: การนำ Ethernet switches มาใช้อย่างแพร่หลาย
- ปัจจุบัน: เครือข่ายแบบ switched แบบ point-to-point พร้อมการเรียนรู้ MAC address
วิวัฒนาการเครือข่ายสมัยใหม่: จาก Hub สู่ Switch
เครือข่ายในปัจจุบันดูแตกต่างจากระบบสายเคเบิลที่ใช้ร่วมกันในยุคแรกมาก เครือข่าย Ethernet สมัยใหม่ใช้ switch ที่สร้างการเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุดเฉพาะระหว่างอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม ระบบการกำหนดที่อยู่ MAC ยังคงอยู่เพราะมันให้วิธีการระบุอุปกรณ์แบบง่ายๆ ที่อิงกับฮาร์ดแวร์โดยไม่ต้องการการกำหนดค่า
การอภิปรายของชุมชนเผยให้เห็นว่าวิวัฒนาการนี้เกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป เครือข่ายเปลี่ยนจาก hub ที่ใช้ร่วมกันที่ส่งสัญญาณทั้งหมดไปยังอุปกรณ์ทุกตัว ไปสู่ switch อัจฉริยะที่เรียนรู้ว่าอุปกรณ์ใดเชื่อมต่อกับพอร์ตใด ตลอดการเปลี่ยนแปลงนี้ MAC address ให้กลไกการกำหนดที่อยู่ที่สม่ำเสมอที่ทำให้ทุกอย่างทำงานได้
แนวทางทางเลือกและการพิจารณาในอนาคต
วิศวกรเครือข่ายบางคนตั้งคำถามว่า MAC address ยังจำเป็นในเครือข่ายสมัยใหม่หรือไม่ การเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุดเช่นอุโมงค์ VPN หรือลิงก์ serial โดยตรงสามารถส่งสัญญาณ IP ได้โดยไม่ต้องการ MAC address เลย เทคโนโลยีเช่น IPv6 ได้แนะนำวิธีการสร้าง IP address อัตโนมัติจาก MAC address ทำให้ขอบเขตแบบดั้งเดิมเบลอ
อย่างไรก็ตาม โครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่และความเรียบง่ายของการมีที่อยู่ที่กำหนดโดยฮาร์ดแวร์ที่ไม่ต้องการการกำหนดค่ายังคงทำให้ MAC address มีคุณค่า มันให้กลไกการเริ่มต้นที่เชื่อถือได้ที่ช่วยให้เครือข่ายทำงานได้แม้ก่อนที่ IP address จะได้รับการกำหนด
การเปรียบเทียบพื้นที่แอดเดรส:
- พื้นที่แอดเดรส MAC : 48 บิต (281 ล้านล้านแอดเดรสที่เป็นไปได้)
- พื้นที่แอดเดรส IPv4 : 32 บิต (4.3 พันล้านแอดเดรสที่เป็นไปได้)
- พื้นที่แอดเดรส IPv6 : 128 บิต (340 อันดีซิลเลียนแอดเดรสที่เป็นไปได้)
สรุป
การคงอยู่ของ MAC address ในเครือข่ายสมัยใหม่ไม่ใช่เพียงอุบัติเหตุทางประวัติศาสตร์ - มันสะท้อนความเป็นจริงเชิงปฏิบัติของการสร้างเครือข่ายเป็นชั้นๆ ในขณะที่ IP จัดการการกำหนดเส้นทางทั่วโลกข้ามอินเทอร์เน็ต MAC address แก้ปัญหาการส่งมอบในท้องถิ่นภายในส่วนเครือข่ายแต่ละส่วน การเข้าใจความแตกต่างนี้ช่วยอธิบายว่าทำไมระบบการกำหนดที่อยู่ทั้งสองจึงยังคงอยู่ร่วมกันและมีบทบาทสำคัญแต่แตกต่างกันในโลกที่เชื่อมต่อกันของเรา
อ้างอิง: Why do we need MAC addresses?