计算机网络笔记12 以太网的MAC层

MAC 层的硬件地址

• 在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC 地址。
• 802 标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符——网卡地址。
（如果连接在局域网上的主机或路由器安装有多个适配器，那么这样的主机或路由器就有多个“地址”。更准确些说，这种 48 位“地址”应当是某个接口的标识符。）
网卡地址的格式：
(最常用的是48 位的 MAC 地址)
• IEEE 802 标准规定 MAC 地址字段可采用 6 字节 ( 48位) 或 2 字节 ( 16 位) 这两种中的一种。
• IEEE 的注册管理机构 RA (Registration Authority) 负责向厂家分配地址字段 6 个字节中的前三个字节 (即高位 24 位)，称为组织唯一标识符。
• 地址字段 6 个字节中的后三个字节 (即低位 24 位) 由厂家自行指派，称为扩展唯一标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。

• 一个地址块可以生成 2²⁴ 个不同的地址。这种48 位地址称为 MAC-48，它的通用名称是EUI-48。
• 生产适配器时，6 字节的 MAC 地址已被固化在适配器的 ROM，因此，MAC 地址也叫做硬件地址 (hardware address)或物理地址。
• “MAC地址”实际上就是适配器地址或适配器标识符 EUI-48。

单站地址/组地址/广播地址

• IEEE 规定地址字段的第一字节的最低位为I/G 位。I/G 表示 Individual / Group。
• 当 I/G位 = 0 时，地址字段表示一个单站地址。
• 当 I/G位 = 1 时，表示组地址，用来进行多播（或组播）。此时，IEEE 只分配地址字段前三个字节中的 23 位。
• 当 I/G 位分别为 0 和 1 时，一个地址块可分别生成 2²³ 个单个站地址和 2²³ 个组地址。
• 所有 48 位都为 1 时，为广播地址。只能作为目的地址使用。

全球管理与本地管理

• IEEE 把地址字段第一字节的最低第 2 位规定为 G/L 位，表示 Global / Local。
•当 G/L位 = 0时，是全球管理（保证在全球没有相同的地址），厂商向IEEE购买的 OUI都属于全球管理。
•当 G/L位 = 1 时，是本地管理，这时用户可任意分配网络上的地址。

适配器检查 MAC 地址

• 适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址。
– 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。可以节省CPU资源。
– 否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。
• “发往本站的帧”包括以下三种帧：
– 单播 (unicast) 帧（一对一）
– 广播 (broadcast) 帧（一对全体）
– 多播 (multicast) 帧（一对多）
• 所有的适配器都至少能够识别前两种帧，即能够识别单播地址和广播地址。
• 有的适配器可用编程方法识别多播地址。
• 只有目的地址才能使用广播地址和多播地址。
• 以混杂方式 (promiscuous mode) 工作的以太网适配器只要“听到”有帧在以太网上传输就都接收下来。

以太网 V2 的 MAC 帧格式

• 常用的以太网 MAC 帧格式有两种标准 ：
– DIX Ethernet V2 标准
– IEEE 的 802.3 标准
• 最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。



类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。比如0x8000时，表示上层为IP数据报。

为什么设定46~1500字节？
当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。

当传输媒体的误码率为 1×10^-8 时，
MAC 子层可使未检测到的差错小于 1×10^-14。

在帧的前面插入（硬件生成）的 8 字节中，第一个字段共 7 个字节，是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。第二个字段 1 个字节是帧开始定界符，表示后面的信息就是 MAC 帧。

为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比MAC 帧还多 8 个字节。

无效的 MAC 帧

• 帧的长度不是整数个字节；
• 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错；
• 数据字段的长度不在 46 ~ 1500 字节之间。
• 有效的 MAC 帧长度为 64 ~ 1518 字节之间。（18是帧头和帧尾的长度）
对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。

IEEE 802.3 MAC 帧格式

与以太网V2 MAC 帧格式相似，区别在于：
• (1) IEEE 802.3 规定的 MAC 帧的第三个字段是“长度 /类型”。
– 当这个字段值大于 0x0600 时（相当于十进制的1536），就表示“类型”。这样的帧和以太网 V2MAC 帧完全一样。
– 当这个字段值小于 0x0600 时才表示“长度”。
• (2) 当“长度/类型”字段值小于 0x0600 时，数据字段必须装入上面的逻辑链路控制 LLC 子层的 LLC 帧。
现在市场上流行的都是以太网V2 的 MAC 帧，但大家也常常把它称为 IEEE 802.3 标准的 MAC 帧。

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帧间最小间隔为 9.6 μs，相当于 96 bit 的发送时间。
• 一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6 μs 才能再次发送数据。
• 这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。