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以太网的MAC层

一、硬件地址

​ 局域网中，硬件地址又称物理地址或MAC地址（因为用在MAC帧），它是局域网上每一台计算机中固化在适配器的ROM中的地址。

​ 关于地址问题，有这样的定义：“名字指出我们所要寻找的资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处。”

​ 这个地址并不是用来指明这台主机在什么地方，而是指每一个站的“名字”或标识符。

​ MAC地址用6个字节来表示。IEEE的RA负责分配前三个字节，生产局域网适配器的厂家都要向RA购买前三个地址块。

​ IEEE规定地址字段的第一个字节的最低有效位为I/G（Individual/Group）位，当I/G位为0时，表示一个单个站地址。为1时表示组地址，用来进行多播。规定第一字节的最低第二位为G/L（Global/Local）位，为0时是全球管理，为1时是本地管理。

​ 所以每个站的地址还有46位表示，一共有 2⁴⁶ 个地址，超过了70万亿。

适配器有过滤功能，可以对收到的帧选择接收或丢弃，其中包括：

• 单播(unicast)帧（一对一）：收到的帧的MAC地址与本站的地址相同
• 广播帧(broadcast)（一对全体）：发送给本局域网上的所有站点的帧（全1地址）
• 多播帧(multicast)（一对多）：发送给本局域网的一部分站点的帧

以太网适配器还可设置混杂方式（promiscuous mode）：只要发现有帧在以太网上传输就都悄悄接收下来，而不管这些帧发往哪个站。这种方式有利有弊，弊端就是对于我们普通用户不安全，好处就是帮助学习网络的人更好的理解各种网络协议的工作原理。

二、MAC帧格式

以太网帧有两种标准：DIX Ethernet V2标准和IEEE的802.3标准。严格来所以太网应当是指前者标准的局域网，前者也是使用的最多的。所以这里就介绍V2标准的帧格式。

• 位同步字段： 一个站在刚开始接收MAC帧时，由于适配器的时钟尚未与到达的比特流达成同步，因此MAC帧的最前面的若干位就无法接收，导致变为无用帧。为了实现位同步，MAC子层向下传到物理层时还要在帧的前面插入8个字节（由硬件生成）。前同步码由1和0交替组成，作用是使接受端的适配器在接收MAC帧时能够迅速调整其时钟频率，使它和发送端的时钟同步。帧开始定界符定义为10101011，前六位和前同步码作用一样，最后连续的11告诉接收端适配器：”MAC帧来了，注意接收“。

• 类型字段： 标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的帧上交给上一层的这个协议。例如0x0800，表示上层使用的是IP数据报。

• 数据字段： 首先以太网规定的最小长度为64字节，减去首部尾部的18字节就得到了46字节。

• FCS字段： 使用CRC检验，检验的是从目的地址开始的这五个字段。

出现以下条件之一则为无效的MAC帧：

（1）帧的长度不是整数字节；

（2）用收到的帧校验序列FCS查出有错误；

（3）收到的帧的数据部分不在46~1500字节之间。因为还有首部和尾部，所以MAC帧的有效长度为64~1518字节之间。

当数据字段的长度小于46字节时，MAC子层就会在数据字段后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧的长度不小于64字节。那么当上层为IP层时，IP层如何知道这个帧有没有填充字段？IP协议的首部有一个总长度字段，当其大于等于46那么就没有填充，否则得出来的差值就是填充字段字节数。例如IP数据报总长度42字节，向下传输时，那么MAC层就要填充4个字节以达到最短数据字段长度。向上交给IP层后，IP层会把其中的填充字段丢弃。