2.7 以太网的 MAC 层

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前言

在计算机网络中，MAC 层（介质访问控制层）用于定义装备在局域网上的唯一标识符，并规范帧的格式和传输规则。本文将详细介绍 MAC 层硬件地点的定义、分类及特点和常见的 MAC 帧格式及其各字段的寄义。

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1 MAC 层的硬件地点

1.1 硬件地点概述

硬件地点（MAC 地点）又称为物理地点，用于标识局域网上的每台计算机。
IEEE 802 标准规定了局域网中装备使用的全球唯一的 48 位地点（即 MAC 地点），每台装备的适配器上都固化了一个这样的地点。
在适配器的 ROM（只读存储器）中，保存了 MAC 地点的二进制编码，使其在网络中具有唯一性。

   留意：如果主机或路由器上安装有多个网络适配器，那么该装备会有多个 MAC 地点。更正确地说，MAC 地点是某个网络接口的唯一标识符。
  1.2 MAC 地点的分配

IEEE 的注册管理机构（RA）负责向厂家分配 MAC 地点的前 3 个字节（高 24 位），称为 组织唯一标识符（OUI, Organizationally Unique Identifier）。
厂商在生产适配器时，根据分配的 OUI 自行指定后 3 个字节（低 24 位），称为 扩展标识符（extended identifier）。该分配方式确保每个适配器的 MAC 地点唯一，不会与其他装备冲突。
1.3 MAC 地点的分类

根据 IEEE 802 标准，MAC 地点可分为单站地点、组地点和广播地点，分别用于差别的通讯模式：

• 单站地点：I/G（Individual/Group）位为 0，用于一对一的通讯。
  
• 组地点：I/G 位为 1，用于多播通讯，即将数据发送给一组指定的主机。
  
• 广播地点：所有 48 位都为 1（即全 1），用于一对全体的通讯，仅能作为目标地点使用。
  

1.4 全球管理与当地管理

IEEE 还规定了 MAC 地点的 G/L（Global/Local）位：

• 全球管理地点：G/L 位为 0，表示厂商向 IEEE 购买的 OUI，属于全球管理。
  
• 当地管理地点：G/L 位为 1，表示用户可以自行在网络中分配的地点，属于当地管理。
  

1.5 适配器的过滤功能

以太网适配用具有帧过滤功能。每当吸收到一个 MAC 帧时，适配器会先检查帧的 MAC 地点。
如果该帧的目标地点匹配适配器的 MAC 地点（或是广播、多播地点），适配器才会吸收并处理该帧，否则将丢弃。
发往本站的帧 包括以下三种类型：

• 单播（Unicast）帧：发送到指定目标的帧 （一对一）。
  
• 广播（Broadcast）帧：发送给所有网络装备的帧 （一对全体）。
  
• 多播（Multicast）帧：发送给某一组特定装备的帧 （一对多）。
  

除此之外，适配器在 混杂模式 下，可以吸收网络上传输的所有帧，无论帧的目标地点为何。该模式多用于网络分析和监控。

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2 MAC 帧的格式

MAC 帧是以太网传输的根本单位，差别的标准对 MAC 帧格式有差别的定义。常用的以太网 MAC 帧格式有两种标准：

• DIX Ethernet V2 标准
  
• IEEE 802.3 标准
  

目前市场上盛行的主要是以太网 V2 格式的 MAC 帧，通常也被称为 IEEE 802.3 标准的 MAC 帧。

2.1 MAC 帧字段详解

①目标地点字段：标识 MAC 帧的吸收装备。

②源地点字段：标识发送该帧的装备。

③类型字段：标识上层协议类型，以便 MAC 层将数据帧上交给对应的协议处理。

④数据字段：即 MAC 客户数据字段，承载实际的数据内容。最小帧长度为 64 字节（包括 18 字节的首部和尾部），因此数据字段的最小长度为 46 字节。

⑤FCS 字段（帧校验序列）：用于检测帧传输过程中的差错。

   当数据字段的长度小于 46 字节时，会在后面参加添补字段，以保证 MAC 帧长度不小于 64 字节。
  

2.2 无效的 MAC 帧

在以下情况下，MAC 帧会被视为无效并丢弃：

• 帧的长度不是整数个字节
  
• 数据字段的长度与长度字段的值不同等
  
• 使用 FCS 举行帧校验时检测到差错
  
• 数据字段的长度不在 46 ~ 1500 字节之间
  

以太网不负责重传丢弃的帧。

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