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。

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。

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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