2.3数据链路层02

2.3 数据链路层

2.3.5 以太网

1、以太网概念

• 以太网是一种计算机局域网技术。IEEE（电气与电子工程师协会：Institute of Electrical and Electronics Engineers）组织的IEEE802.3标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。以太网是应用最普遍的局域网技术，取代了其他局域网技术如令牌环、FDDI和ARCNET。
• 以太网是一种有线系统，最初使用同轴电缆进行数据传输，后来发展到使用双绞线和光纤并延续至今。
  
  2、以太网的两个标准：DIX Ethernet V2与802.3标准
• 1980年9月，DEC公司、英特尔(Intel)公司和施乐公司联合提出了10Mbit/s以太网规约的第一个版本DIX V1(DIX是这三个公司名称的缩写)。
• 1982年又修改为第二版规约（实际上也就是最后的版本），即DIX Ethernet V2，成为世界上第一个局域网产品的规约。
• 1983年，IEEE802委员会的802.3工作组制定了第一个IEEE的以太网标准IEEE802.3[W-IEEE802.3]，数据率为10Mbit/s。以太网的两个标准DIX Ethernet V2与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此很多人也常把802.3局域网简称为"以太网"。
• IEEE802委员会的介绍（引I用自《计算机网络-谢希仁》）
  
• IEEE 802.3定义了以太网的物理层和数据链路层的介质访问控制部分，其中物理层由两个组件组成：线缆和设备，数据链路层可以分为两部分：逻辑链路控制（LLC）、介质访问控制(MAC)
  
• 物理层。
  • 线缆：以太网的通信线缆由最先的同轴电缆发展到今天的双绞线和光纤。

    • 双绞线两端配有RJ45八针连接器，这种八针连接器用于在半双工和全双工模式下进行数据的发送和接收。
      

    • 半双工模式：数据一次沿一个方向传输。主机A向主机B发送数据的时候，主机B不能向主机A发送数据。
      

    • 全双工模式：数据沿两个方向传输，以太网的全双工模式可以通过使用一对双绞线实现。主机A向主机B发送数据的同时主机B也可以向主机A发送数据。
      

    • 光纤线缆：光纤线缆使用玻璃光纤或塑料光纤作为光脉冲的传输通道来传输数据

    • 光纤电缆可以根据实际需求使用不同类型的连接器：SFP连接器、SC连接器
      

  • 设备：以太网设备由计算机、打印机等具有网络接口卡的设备所组成，常用的以太网设备有路由器、交换机、网桥，而工作在数据链路层上的设备为交换机、网桥，路由器工作在五层体系结构中的网络层。
• 数据链路层
  • 逻辑链路控制LLC：为网络层提供统一的接口以便数据在设备间传输。很多厂商生产的适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。
  • 介质访问控制MAC：使用分配给网络接口卡的硬件地址来标识特定的计算机或设备接口，通过这种方法来表示数据传输的源地址和目的地址。

2.3.6以太网的MAC层

1、MAC层的硬件地址

• MAC地址（Media Access Control Address），直译为媒体存取控制地址，也称为局域网地址（LAN Address），MAC地址，以太网地址（Ethernet Address）或物理地址（Physical Address），它是一个用来确认网络设备位置的地址。
• IEEE 802标准为局域网规定了一种48位（6字节）的全球地址（一般简称为“地址”），这个地址会固化在适配器的ROM中。
• IEEE的注册管理机构RA负责向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位24位)。地址字段中的后三个字节(即低位24位)由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。世界上凡要生产局域网适配器的厂家都必须向IEEE购买由这三个字节构成的这个号(即地址块)，这个号的正式名称是组织唯一标识符。
  • 例如，3Com公司生产的适配器的MAC地址的前三个字节是02-60-8C。地址字段中的后三个字节（即低位24位）则由厂家自行指派，只要保证生产出的适配器没有重复地址即可。
• 一个地址块可以生成2²⁴个（二百八十多万亿个）不同的地址。这种48位地址称为MAC-48，它的通用名称是EUI-48。
• 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。
• 我们可以在DOS窗口输入命令：ipconfig /all，查看本机网卡的MAC地址。
  

2、MAC地址的格式

• MAC地址的表示方法
  
• MAC地址的含义
  

3、MAC帧的格式

数据链路层在网络层交付的IP数据包的前面加上“目的地址”、“源地址”、“类型”字段，并且在最后加入4字节的FCS字段，组成一个以太网MAC帧，然后交付给物理层。

• 目的地址：接收主机的MAC地址
• 源地址：发送主机的MAC地址
• 类型：类型字段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。
  

注意：当数据字段（IP数据报）的长度小于46字节时，应当在数据字段的后面加上整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧长度不小于64字节。

4、MAC地址的识别

当多个主机接到同一个网络信道上，要实现两个主机之间的通信，每个主机发送的帧包含了目的地址和源地址，广播信号上的每一台主机都能接收到该帧，接收到帧的主机将帧中的目的地址与保存在网络适配器的电可擦除、可编程、只读存储器EEPROOM中的MAC地址进行比较，如果匹配则接受该帧，否则就丢弃该帧。

根据MAC地址为单播MAC地址还是广播MAC地址还是多播MAC地址，在计算机网络中“发往本站（本主机）的帧”分为三种：单播（unicast）帧（一对一）、广播（broadcast）帧（一对全体）、多播（multicast）帧（一对多）。

• 单播MAC地址
  
• 广播MAC地址
  
• 多播MAC地址
  为了实现多播，每一台主机都应该有一个多播组列表，里面包含了可以使用的多播MAC地址。
  

5、随机MAC地址

据斯诺登介绍，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Windows10，安卓6.0以及内核版本3.18的Linux系统也提供随机MAC地址功能。目前大多数移动设备都采用了随机MAC地址技术。