3.7.1、MAC地址（数据链路层）

1、基本介绍

连接在信道上的主机只有它们两个

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一个数据链路层地址：

• 当多个主机连接在同一个广播信道上，要想实现两个主机之间的通信，则每个主机都必须有一个唯一的标识,

在每个主机发送的帧中必须携带标识发送主机和接收主机的地址。由于这类地址是用于媒体接入控制 MAC (Media Access Control)，因此这类地址被称为 MAC 地址;

若主机 C 要发送给主机 D 的帧。

• 在帧首部中的目的地址字段添加主机 D 的 MAC 地址
• 在源地址字段应填入主机 C 自己的 MAC 地址

这样，总线上其他主机收到该帧后，就可以根据帧首部的目的地址字段的值是否与自己的 MAC 地址匹配

• 进而丢弃或接受该帧

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• MAC 地址一般被固化在网卡( 网络适配器 ）的电可擦可编程只读存储器 EEPROM 中，因此 MAC 地址也
  被称为硬件地址;

• MAC 地址有时也被称为物理地址。

  • 注意：$这并不意味着MAC地址属于网络体系结构中的物理层！$

  

一般情况下，用户主机会包含两个网络适配器：

• 有线局域网适配器（有线网卡）和无线局域网适配器（无线网卡)。

每个网络适配器都有一个全球唯一的 MAC 地址。而交换机和路由器往往拥有更多的网络接口，所以会拥有更多的 MAC 地址。

综上所述，$严格来说，MAC地址是对网络上各接口的唯一标识，而不是对网络上各设备的唯一标识。$

2、IEEE 802 局域网的 MAC 地址格式

IP 地址（网络标识）， MAC 地址（硬件设备的地址）

我们可以在 IEEE 的官网查看已分配的组织唯一标识符 OUI

例如：$30-FB-B8$ 这个 OUI 已经被分配给华为科技有限公司

若我们直到设备的 MAC 地址，而不知道设备的厂商信息，可以通过设备的 MAC 地址查询

例如：http://mac.51240.com

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MAC 地址第一字节的 b0 位取 $0$ 时，表示该地址是单播地址

MAC 地址第一字节的 b0 位取 $1$ 时，表示该地址是多播地址（组播地址）

MAC 地址第一字节的 b1 位取 $0$ 时，表示该地址是全球管理的（全球唯一）

MAC 地址第一字节的 b1 位取 $1$ 时，表示该地址是本地管理的

全球管理 单播地址：厂商生产网络设备（网卡，交换机，路由器）时固化

全球管理 多播地址：标准网络设备所支持的多播地址，用于特定功能

• 例如：交换机生成树协议所需要的多播地址

本地管理 单播地址：由网络管理员分配，覆盖网络接口的全球管理单播地址

本地管理 多播地址：用户对主机进行软件配置，以表明其属于哪些多播组

• 注意：剩余 46 位全为 $1$ 时，就是广播地址 $FF-FF-FF-FF-FF-FF$

• 台式机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机等设备上的以太网接口、Wi-Fi 接口、蓝牙接口都分配有全球单播的 MAC 地址

• 而每台交换机和路由器都拥有多个网络接口，也就拥有多个全球单播的 MAC 地址

3、IEEE 802 局域网的 MAC 地址发送顺序

字节发送顺序：第一字节 $⟶$ 第六字节（从左至右）

字节内的比特发送顺序： $b_0⟶b_7$（从右至左）

4、单播 MAC 地址作用

若主机 B 要给主机 C 发送单播帧

• 主机 B 首先要构建单播帧

  • 在帧首部的目的地址字段填入主机 C 的 MAC 地址
  • 源地址字段填入自己 的 MAC 地址
  • 再加上帧首部中的其他字段，数据载荷以及帧尾部

• 就构成了单播帧

  

主机 B 将该单播帧发送出去，主机 A 和 C 都会收到该单播帧

• 主机 A 的网卡发现该单播帧的目的 MAC 地址与自己的 MAC 地址不匹配

  • 于是丢弃该帧

• 主机 C 的网卡发现该单播帧的目的 MAC 地址与自己的 MAC 地址匹配

  • 于是接受该帧，并将该帧交给上层处理

  

5、广播 MAC 地址作用

若主机 B 要发送一个广播帧

• 主机 B 首先要构建广播帧

  • 在帧首部中的目的地址字段填入广播地址（十六进制的全 $F$）
  • 源地址字段填入自己 的 MAC 地址
  • 再加上帧首部中的其他字段，数据载荷以及帧尾部

• 就构成了广播帧

  

主机 B 将该广播帧发送出去，主机 A 和 C 都会收到该广播帧

• 发现该帧首部中的目的地址字段的内容是广播地址，就知道该帧是广播帧
• 接受该帧，并将该帧交给上层处理

6、多播 MAC 地址作用

若主机 A 要发送多播帧给该多播地址。

• 将该多播地址的左起第一个字节写成 $8$ 个比特，下述可以看到最低比特位是 $1$

  • （ $07$ 的 二进制为 $00000111$ ）

• 这就表明该地址是多播地址

  

假设主机 B、C、D 支持 MAC 多播，各用户给自己的主机配置的多播组列表如下所示

• 可以看出，主机 B、C 属于两个多播组，主机 D 不属于任何多播组

主机 A 首先要构建该多播帧

• 在帧首部中的目的地址字段填入多播地址（$07-E0-12-F6-2A-D8$）
• 源地址字段填入自己 的 MAC 地址
• 再加上帧首部中的其他字段，数据载荷以及帧尾部

就构成了多播帧

主机 B、C、D 都会收到该多播帧

• 主机 B、C 发现该多播帧的目的 MAC 地址在自己的多播组列表中
  • 因此，主机 B 和 C 都会接受该帧，并上交上层处理
• 主机 D 发现该多播帧的目的 MAC 地址不在自己的多播组列表中
  • 主机 D 丢弃该多播帧

注意：

• $给主机配置多播组列表进行私有应用时，不得使用公有的标准多播地址,具体可在以下网址查询$

• http://standards.ieee.org/develop/regauth/grpmac/public.html

7、随机 MAC 地址

据斯洛登爆料，美国国家安全局有一套系统，通过监视电子设备的 MAC 地址，来跟踪城市中每个人的行动

• 因此，苹果率先在 iOS 系列设备扫描网络时采用随机 MAC 地址技术
• 随后，Windows 10，安卓 $6.0$，以及内核版本为 $3.18$ 的 Linux 系统也开始提供随机 MAC 地址功能

目前，大多数移动设备以及采用了随机 MAC 地址技术

说明：随机 MAC 地址可以防止被监听但是连接 WiFi 时真实的 MAC 地址还是可以看到的（比如校园网）

8、一句话

单播唯一，广播全部，组播列表