以太网帧结构（三）

以太网的MAC地址

MAC地址的解释

• MAC地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前24位代表该供应商代码，由IEEE管理和分配。剩下24位序列号由厂商自己分配。
• MAC地址对应于OSI参考模型的第二层数据链路层，工作在数据链路层的交换机维护着计算机MAC地址和自身端口的数据库，交换机根据收到的数据帧中的“目的MAC地址”字段来转发数据帧。
• 在网络底层的物理传输过程中，是通过物理地址来识别主机的，它一定是全球唯一的。比如，著名的以太网卡，其物理地址是48bit（比特位）的整数，如：44-45-53-54-00-00,以机器可读的方式存入主机接口中。以太网地址管理机构（除了管这个外还管别的）（IEEE）（IEEE：电气和电子工程师协会）将以太网地址，也就是48比特的不同组合，分为若干独立的连续地址组，生产以太网网卡的厂家就购买其中一组，具体生产时，逐个将唯一地址赋予以太网卡。
• 形象地说，MAC地址就如同身份证上的身份证号码，具有全球唯一性。

MAC地址与IP地址区别

IP地址和MAC地址相同点是它们都唯一，不同的特点主要有：

1. 对于网络上的某一设备，如一台计算机或一台路由器，其IP地址是基于网络拓扑设计出的，同一台设备或计算机上，改动IP地址是很容易的（但必须唯一），而MAC则是生产厂商烧录好的，一般不能改动。我们可以根据需要给一台主机指定任意的IP地址，如我们可以给局域网上的某台计算机分配IP地址为192.168.0.112，也可以将它改成192.168.0.200而任一网络设备（如网卡，路由器）一旦生产出来以后，其MAC地址不可由本地连接内的配置进行修改。如果一个计算机的网卡坏了，在更换网卡之后，该计算机的MAC地址就变了。
2. 长度不同。IP地址为32位，MAC地址为48位。
3. 分配依据不同。IP地址的分配是基于网络拓扑，MAC地址的分配是基于制造商。
4. 寻址协议层不同。IP地址应用于OSI第三层，即网络层，而MAC地址应用在OSI第二层，即数据链路层。 数据链路层协议可以使数据从一个节点传递到相同链路的另一个节点上（通过MAC地址），而网络层协议使数据可以从一个网络传递到另一个网络上（ARP根据目的IP地址，找到中间节点的MAC地址，通过中间节点传送，从而最终到达目的网络）。

MAC地址的应用

平日身份证的作用并不是很大，但是到了有的关键时刻，身份证就是用来证明你的身份的。比如你要去银行提取现金，这时就要用到身份证。那么MAC地址与IP地址绑定就如同我们在日常生活中的本人携带自己的身份证去做重要事情一样的道理。有的时候，我们为了防止IP地址被盗用，就通过简单的交换机端口绑定（端口的MAC表使用静态表项），可以在每个交换机端口只连接一台主机的情况下防止修改MAC地址的盗用，如果是三层设备还可以提供：交换机端口/IP/MAC 三者的绑定，防止修改MAC的IP盗用。一般绑定MAC地址都是在交换机和路由器上配置的，是网管人员才能接触到的，对于一般电脑用户来说只要了解了绑定的作用就行了。比如你在校园网中把自己的笔记本电脑换到另外一个宿舍就无法上网了，这个就是因为MAC地址与IP地址（端口）绑定引起的。

单播

网络节点之间的通信就好像是人们之间的对话一样。
假设一个人对另外一个人说话。那么用网络技术的术语来描写叙述就是“单播”。此时信息的接收和传递仅仅在两个节点之间进行。单播在网络中得到了广泛的应用。网络上绝大部分的数据都是以单播的形式传输的，仅仅是一般网络用户不知道而已。

局域网上的帧可以通过三种方式发送。第一种是单播，主机之间是一对一的通讯模式，网络中的交换机和路由器对数据只进行转发不进行复制。如果有多个客户机需要相同的数据，则服务器需要逐一传送，重复多次相同的工作。

单播的长处：

1）server及时响应客户机的请求；
2）server针对每一个客户不通的请求发送不通的数据，easy实现个性化服务，

单播的缺点：

1）server针对每一个客户机发送数据流，server流量＝客户机数量×客户机流量。在客户数量大、每一个客户机流量大的流媒体应用中server不堪重负。
2）现有的网络带宽是金字塔结构，城际省际主干带宽只相当于其所实用户带宽之和的5％。

广播

主机之间一对全部的通讯模式，网络对当中每一台主机发出的信号都进行无条件复制并转发，全部主机都能够接收到全部信息（无论你是否须要），因为其不用路径选择，所以其网络成本能够非常低廉。

第二种发送方式是广播，表示帧从单一的源发送到共享以太网上的所有主机。广播帧的目的MAC地址为十六进制的FF:FF:FF:FF:FF:FF，所有收到该广播帧的主机都要接收并处理这个帧。
广播方式会产生大量流量，导致带宽利用率降低，进而影响整个网络的性能。
当需要网络中的所有主机都能接收到相同的信息并进行处理的情况下，通常会使用广播方式。

广播的长处：

1）网络设备简单，维护简单，布网成本低廉
2）因为server不用向每一个客户机单独发送数据，所以server流量负载极低。

广播的缺点：

1）无法针对每一个客户的要求和时间及时提供个性化服务。
2）网络同意server提供数据的带宽有限，client的最大带宽＝服务总带宽。比如有线电视的client的线路支持100个频道（假设採用数字压缩技术，理论上能够提供500个频道），即使服务商有更大的財力配置很多其它的发送设备、改成光纤主干。也无法超过此极限。也就是说无法向众多客户提供很多其它样化、更加个性化的服务。
3）广播禁止同意在Internet宽带网上传输。

广播的应用：

“广播”在网络中的应用较多，如客户机通过DHCP自己主动获得IP地址的过程就是通过广播来实现的。可是同单播和多播相比，广播差点儿占用了子网内网络的全部带宽。拿开会打一个例如吧，在会场上仅仅能有一个人发言，想象一下假设全部的人同一时候都用麦克风发言，那会场上就会乱成一锅粥。

组播

第三种发送方式为组播，组播比广播更加高效。组播转发可以理解为选择性的广播，主机侦听特定组播地址，接收并处理目的MAC地址为该组播MAC地址的帧。

组播MAC地址和单播MAC地址是通过第一字节中的8个比特区分的。组播MAC地址的第8个比特为1，而单播MAC地址的第8个比特为0。

当需要网络上的一组主机（而不是全部主机）接收相同信息，并且其他主机不受影响的情况下通常会使用组播方式。

组播是主机之间一对一组的通讯模式，也就是增加了同一个组的主机能够接受到此组内的全部数据，网络中的交换机和路由器仅仅向有需求者复制并转发其所需数据。主机能够向路由器请求增加或退出某个组。网络中的路由器和交换机有选择的复制并传输数据，即仅仅将组内传输数据给那些增加组的主机。这样既能一次将传输数据给多个有须要（增加组）的主机，又能保证不影响其它不须要（未增加组）的主机的其它通讯。

组播的长处：

1）须要同样数据流的client增加同样的组共享一条数据流。节省了server的负载。具备广播所具备的长处。
2）因为组播协议是依据接受者的须要对数据流进行复制转发。所以服务端的服务总带宽不受客户接入端带宽的限制。IP协议同意有2亿6千多万个组播，所以其提供的服务能够很丰富。
3）此协议和单播协议一样同意在Internet宽带网上传输。

组播的缺点：

1）与单播协议相比没有纠错机制。发生丢包错包后难以弥补。但能够通过一定的容错机制和QOS加以弥补。
2）现行网络尽管都支持组播的传输。但在客户认证、QOS等方面还须要完好，这些缺点在理论上都有成熟的解决方式，仅仅是须要逐步推广应用到现存网络其中。

当前的网络中有三种通讯模式：单播、广播、组播，当中组播出现时间最晚，但同时具备单播和广播的长处，最具有发展前景。

数据帧的发送和接收

帧从主机的物理接口发送出来后，通过传输介质传输到目的端。共享网络中，这个帧可能到达多个主机。主机检查帧头中的目的MAC地址，如果目的MAC地址不是本机MAC地址，也不是本机侦听的组播或广播MAC地址，则主机会丢弃收到的帧

如果目的MAC地址是本机MAC地址，则接收该帧，检查帧校验序列（FCS）字段，并与本机计算的值对比来确定帧在传输过程中是否保持了完整性。如果帧的FCS值与本机计算的值不同，主机会认为帧已被破坏，并会丢弃该帧。如果该帧通过了FCS校验，则主机会根据帧头部中的Type字段来确定将帧发送给上层哪个协议处理。本例中，Type字段的值为0x0800，表明该帧需要发送到IP协议上处理。在发送给IP协议之前，帧的头部和尾部会被剥掉。

下面是两个小问题，相信你在学习了之后一定会回答出来吧~

网络设备如何确定以太网数据帧的上层协议？

以太网帧中包含一个Type字段，表示帧中的数据应该发送到上层哪个协议处理。比如，IP协议对应的Type值为0x0800，ARP协议对应的Type值为0x0806。

终端设备接收到数据帧是，会如何处理？

主机检查帧头中的目的MAC地址，如果目的MAC地址不是本机MAC地址，也不是本机侦听的组播或广播的MAC地址，则主机会丢弃收到的帧。如果目的MAC地址是本机MAC地址，则接收该帧，检查帧校验序列(FCS)字段，并与本机计算的值对比来确定帧在传输过程中是否保持了完整性。如果通过检查，就会剥离帧头和帧尾，然后根据帧头中的Type字段来决定把数据发送到哪个上层协议进行后续处理。