计算机网络学习（八）——MAC

一、MAC

在计算机网络中，MAC（Media Access Control，媒体访问控制）地址是数据链路层的重要概念，它用于唯一标识网络中的设备，并且在局域网（如以太网）中发挥关键作用。

MAC 是硬件地址，也称为物理地址或链路地址，用于在同一链路层中唯一标识网络接口（如网卡）。

• 是网卡出厂时烧录的一个唯一标识；
• 用于局域网中设备的识别与通信；
• 与 IP 地址不同，MAC 地址与设备硬件绑定，不能跨网络路由。

二、MAC 地址的结构

MAC 地址是 48 位（6 字节），常以十六进制表示，
由两部分构成：

字节位置	字节数	名称	说明
前 3 字节	24 位	OUI（组织唯一标识符）	由 IEEE 分配给制造商（如 Intel、Cisco）
后 3 字节	24 位	NIC-specific（设备序列号）	由厂商自定义，唯一标识该设备

示例：

00:1A:2B:3C:4D:5E
└──┬──┘ └───┬───┘OUI    设备序列号

• 00:1A:2B 是某个厂商分配的 OUI（如 Intel）；
• 3C:4D:5E 是该厂商生成的设备唯一编号。

三、MAC 地址的分类

类型	说明
单播地址（Unicast）	表示发送给某一个设备
广播地址（Broadcast）	FF:FF:FF:FF:FF:FF，表示发送给所有设备
多播地址（Multicast）	表示发送给一组设备，首字节的最低位为 1
本地管理地址	可以由用户或软件自定义，区别于全球唯一地址（由IEEE分配）

四、MAC vs IP

比较项	MAC 地址	IP 地址
层级	数据链路层（第二层）	网络层（第三层）
范围	仅在本地网络有效	可跨网络传输
分配方式	由设备厂家出厂时指定	通常由网络管理员或 DHCP 分配
是否唯一	全球唯一（OUI + 序列号）	网络内唯一（可变动）

在以太网通信中，IP 是逻辑地址，而 MAC 是物理地址，设备实际是通过 MAC 通信的。

五、ARP 协议：桥梁作用

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议） 是 TCP/IP 协议族中的一个核心协议，工作在 数据链路层与网络层之间，用于将 IP 地址解析为对应的 MAC 地址，是局域网通信中不可缺少的协议。

举例：
主机 A 想向 192.168.1.5 发送数据，但不知道它的 MAC 地址 → 使用 ARP 请求来获取。

ARP 工作流程（请求-响应机制）：

1. 发送请求（ARP Request）：

   • 主机 A 构造一个广播帧，询问“谁是 192.168.1.5？”；
   • MAC 目标地址：FF:FF:FF:FF:FF:FF（广播）；
   • 包含发送方的 IP 和 MAC 地址。

2. 接收响应（ARP Reply）：

   • 目标主机 B 收到请求，发现目标 IP 是自己 → 回复包含自身 MAC 地址的应答帧（单播给 A）。

3. 更新缓存：

   • A 收到响应后，将 B 的 IP 与 MAC 的映射关系缓存到 ARP 缓存表（ARP Cache）。

六、MAC 地址与交换机

• 交换机是工作在数据链路层的设备；
• 它通过学习 MAC 地址表（MAC → 端口）转发数据；
• 当接收到一个帧时，交换机会查找目标 MAC 所在端口，仅将数据转发到该端口（而非广播）；
• 若未知地址，则广播该帧。

七、MAC 伪装与安全问题

虽然 MAC 地址理论上是固定的，但它可以被修改（伪装）：

行为	说明
MAC 伪装	修改本机 MAC 地址，使其看起来像另一个设备
ARP 欺骗	伪造 ARP 响应，冒充网关等设备，实现中间人攻击
防范手段	静态 ARP 表、防ARP欺骗软件、网络访问控制（NAC）