以太网的简单概念、MAC地址与IP地址的关系

以太网

DIX Ethernet V2标准的局域网------以太网。

IEEE 802.3标准和DIX Ethernet V2标准很相似，只有些许区别，不严格的来说，802.3局域网也叫做以太网。以太网是一个局域网，信息以广播的形式发送。

IEEE 802标准定义的局域网参考模型只对应于OSI参考模型的数据链路层和物理层，并且将数据链路层划分成了逻辑链路控制子层（LLC子层）和介质访问控制子层(MAC子层)。

以太网的特点

• 逻辑上是总线形拓扑结构
• 无连接、不对数据帧编号、无需确认、提供不可靠的服务
• 数据编码使用曼切斯特编码。

以太网有多种类型，根据数据传输速率、信道传输类型、传输介质或传输距离进行命名。常见的几种以太网如下：

	10BASE5	10BASE2	10BASE-T	10BASE-F
传输媒介	粗的同轴电缆	细的同轴电缆	双绞线	光纤
拓扑结构	总线形	总线形	星形	点对点
最大段长	500m	185m	100m	100m
最多结点数量	100	30	2	2

10BASE-T
第一部分：表示数据传输效率为10Mb/s
第二部分(BASE位置)：使用的是基带传输（将基带信号放到数字信道上传输）
第三部分：如果是字符表示传输介质，T表示双绞线，F表示光纤；如果是数字，表示所支持的最大传输距离

高速以太网

数据传输速率大于或者等于100Mb/s的以太网称为高速以太网。

• 100BASE-T
  数据传输速率100Mb/s；使用双绞线传输；星型拓扑结构；可以使用半双工通信，需要使用载波监听多路访问/碰撞检测 即 CSMA/CD协议；可以使用全双工通信，不需要使用CSMA/CD；保持最短帧长不变，最大长度减到100m，可以提高数据传输速率
• 吉比特以太网
  数据传输速率1Gb/s；也可以叫做千兆以太网；使用802.3协议规定的帧格式；既可以半双工又可以全双工通信，细节和100BASE-T一样。
• 10吉比特以太网
  数据传输速率10Gb/s；使用光纤传输；遵循802.3协议规定的最小和最大帧长；只使用全双工方式，不需要CSMA/CD；

网卡

计算机如果没有网络，它无非就是一个非常大的计算器。需要将计算机连接上网络才能够实现资源共享、分布式处理等功能。

主机上有一个网络接口板，又叫做网络适配器或者网络接口卡，通常我们把它简称为网卡。计算机就是通过网卡和外界局域网进行连接，它工作在数据链路层，也工作在物理层。

每一个网卡在生产完成时都有一个唯一代码，叫做 MAC地址，MAC是Medium Access Contrl介质访问控制的缩写。MAC地址又叫做物理地址或者以太网地址，主机需要利用物理地址在网络中通信。
MAC地址长6字节，也就是用12个16进制表示，一般每两个16进制位就用一个分割符隔离，例如02-60-8c-e4-b1-21。前面3字节代表生产厂商，后面3字节由厂商指定网卡序列号。
在Linux下可以使用命令ifconfig查询MAC地址。

以太网的MAC帧格式

• 这里目的地址和源地址填的都是MAC地址
• 数据是由网络层传来的数据报
• 这里采用循环冗余码进行差错控制，需要一个FCS
• 帧协议类型字段常见有三种值,分别对应IP、ARP、RARP
  

如果你足够仔细，会发现有效数据最小是46B。这是因为对于数据传输速率不超过10Gb/s的以太网可能会使用 载波监听多路访问/碰撞检测 即 CSMA/CD 的介质访问控制协议。这种协议规定了数据帧的最小帧长。对于10Mb/s的以太网，最小帧长是64B。而目的地址占了6B，源地址占了6B、类型2B、帧检验序列FCS占了4B。所以剩下的最小能够传输的有效数据大小是
$$64-6-6-2-4=46$$
当数据太小的时候，就需要填充帧。

MAC地址和IP地址的联系

数据链路层实现的是点到点的通信，也就是相邻两个结点的通信。但是很多情况下，一台主机和另一台主机并不是相邻的，类似于下图这样。

假如主机A要发送数据给主机B。如果仅仅靠MAC地址，无法成功进行传输，因为MAC帧里包含的地址信息只有 源主机的MAC地址 和 目的地址的MAC地址。MAC帧里 目的地址指下一跳的物理地址，和源主机相邻。这里必须提一个重要的事情！！！我们学习的时候是站在上帝视角看的，对于简单且小的网络来说，很容易看出它下一步要走哪里。但计算机不是我们，每一台计算机都是相互独立的，它是迷茫的，只手握一个真正目的地址的MAC地址。

我们知道局域网是由交换机组建起来的，交换机是是局域网内通信的管理者。假设可以跨网路传输，如果仅仅依靠MAC地址，主机A需要把这个数据帧全部发送出去，发送给全世界的每一台交换机，每台交换机再去查询我管理的局域网，如果在我管理的局域网，就转发进来并进行广播。这样的工作量非常庞大，所以最好的办法就是先定位到要具体发送到哪一个局域网，到了局域网再根据真正目的地址的MAC地址去查找。为了定位具体的局域网，引入了IP地址，并使用一个叫路由器的东西，管理着所有IP地址和对应局域网。好了，再说下去就不礼貌了，因为接下来是网络层的细节。

所以有了MAC地址，当然还需要IP地址。
网络层可以 通过IP地址 将数据从一个网络发送到另一个网络
数据链路层可以将一个结点 通过MAC地址 传递到相同链路 的另一个结点。