【计算机网络篇】数据链路层（6）共享式以太网_网络适配器_MAC地址

🍔网络适配器

要将计算机连接到以太网，需要使用相应的网络适配器，简称为网卡
要将计算机接入以太网，都需要使用网卡

网卡

在计算机内部，网卡与CPU之间的通信，一般是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行
网卡与外部以太网（局域网）之间的通信，一般是通过传输媒体（同轴电缆，双绞线电缆，光纤）以串行方式进行

网卡除要实现物理层和数据链路层功能，其另外一个重要功能就是要进行并行传输和串行传输的转换。由于网络的传输速率和计算机内部总线上的传输速率并不相同，因此在网卡的核心芯片中都会包含用于缓存数据的存储器。
在确保网卡硬件正确的情况下，为了使网卡正常工作，还必须要在计算机的操作系统中为网卡安装相应的设备驱动程序。驱动程序负责驱动网卡发送和接收帧。

🍔MAC地址

对于点对点信道，由于只要两个站点分别连接在信道的两端，因此其数据链路层不需要使用地址

然而对于连接有多个站点的广播信道，情况就不一样了，下面来举例说明
总线上的某台主机，要给另一台主机发送帧，由于广播信道天然的广播特性，表示帧的信号会通过总线传播到总线上的其他所有主机
那么这些主机中的网卡如何判断收到的帧是否是发送给自己的呢

很显然，使用广播信道的数据链路层必须使用地址来区分各主机
当多个主机连接在同一个广播信道上，要想实现两个主机之间的通信，则每个主机都必须有一个唯一的标识，即一个数据链路层地址。

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假设总线上各主机的数据链路层地址分别用一个不同的大写字母来表示

在每个主机发送的帧的首部中，都携带有发送主机（源主机）和接收主机（目的主机）的数据链路层地址。由于这类地址是用于媒体接入控制（Medium Access Control，MAC）的，因此被称为MAC地址。

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假设主机B给主机C发送帧，则在帧首部中的目的地址字段应填入主机C的MAC地址C，而在源地址字段应填入主机B的MAC地址B
这样，总线中的各主机的MAC地址收到该帧后，就可以根据帧首部中的目的地址字段的值是否与自己的MAC地址匹配，决定丢弃或者接收该帧

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🗒️IEEE 802局域网的MAC地址格式

IEEE 802标准为局域网规定了一种由48比特构成的MAC地址，每8个比特为1个字节，从左至右依次为第一字节到第六字节

前三个字节是组织唯一标识符OUI
后三个字节是网络接口标识符
将每4个比特写成一个16进制的字符，共12个字符，将每2个字符分为一组，共6组，各组之间使用短线(-)进行连接，就可以得到MAC地址的标准表示方法
（除标准表示方法外，还可以将短线改为冒号）
另外，还可以将每4个字符分为一组，共3组，各组之间用点连接

如果我们知道了设备的MAC地址，但是不知道该设备的厂商信息，可以通过设备的MAC地址来查询

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IEEE规定，mac地址的第一个字节的b0位为I/G位，I是单独的意思，G是组的意思

IEEE还考虑到不愿向IEEE的 注册管理机构购买组织唯一标识符OUI的情况，对此，IEEE规定，mac地址的第一个字节的b1位是G/L位，G是全球的意思，L的本地的意思

📒IEEE 802局域网的MAC地址发送顺序

🥚单播MAC地址

如下图所示，是一个包含3台主机的总线型以太网，各主机网卡上固化的全球单播MAC地址如图所示

假设主机B要给主机C发送一个单播帧，主机B首先要构建该单播帧
在帧首部的目的地址字段填入主机C的MAC地址，源地址字段填入自己的MAC地址

主机B将该单播帧发送出去后，主机A和C都会收到该单播帧
主机A的网卡发现该单播帧的目的MAC地址与自己的MAC地址不匹配，于是丢弃该帧
主机C的网卡发现该单播帧的目的MAC地址与自己的MAC地址匹配，于是接受该帧，并将该帧的数据载荷交给上层处理
（注意：接收和接受的区别）

🥚广播MAC地址

假设主机B要发送一个广播帧，主机B首先要构建该广播帧，
在帧首部的目的地址字段填入广播的MAC地址，也就是48比特为全1，16进制形式为全F的MAC地址
源地址字段填入自己的MAC地址

主机B将该广播帧发送出去，主机A和C都会收到该广播帧
主机A和C发现该帧的目的MAC地址是广播MAC地址，于是接受该广播帧，并将该帧的数据载荷交付给上层进行处理

🥚多播MAC地址

如下图，4个交换机连接形成了一个环路，目的是为了提高网络的可靠性

然而，环路会造成广播帧在环路中永久兜圈的严重问题，为了解决该问题，交换机之间会交互一种特殊的帧，即BPDU，也就是网桥协议数据单元。
各交换机根据BPDU中的一些参数安装生成树协议所使用的生成树算法，最终某些交换机会阻塞自己的某些接口，这样就破除了环路
而BPDU首部中的目的地址就是生成式协议专用的多播MAC地址01-80-C2-00-00-00

🔎小结