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  • 2021-04-04 20:27:05

    一、 MAC层中的硬件地址

    • 硬件地址又叫物理地址,mac地址(因为在mac帧中)

    • IEEE 802标准 为局域网规定了一种 48位二进制数 的全球地址
      是指:局域网上的每一台计算机 固化在适配器的ROM中的地址
      这个 48 位的二进制数地址是全球唯一
      若局域网中的主机或路由器安装了 多个适配器,那么这样的主机或路由器就有 多个地址

    • 以太网mac帧 中有 mac地址字段,mac地址字段可采用 6字节(48bit)或 2字节(16bit)中的一种
      6字节 mac地址 是全球唯一的,使全世界所有的局域网适配器都具有不相同的地址,现在的局域网适配器实际上使用的都是 6字节mac地址

    • mac地址 由 IEEE的注册管理机构出售,生产适配器的厂家来购买
      在生产适配器时,6字节的 MAC 地址就已经被固化在适配器的 ROM 中
      mac 地址可以说是适配器地址 / 适配器标识符
      当这块适配器插入(或嵌入)某台计算机,适配器的 mac地址 就成了 计算机的mac地址

    • 适配器的过滤功能
      适配器从网络上每收到一个mac帧就先用硬件检查mac帧中的 目的mac地址
      若是发往本站的帧就收下
      否则直接丢弃,不做其它处理(如此不浪费主机的 cpu 和 内存 资源)

    • 以太网上某个站能接收到的三种帧
      1、单播帧:一对一,收到的帧的mac地址与本站的mac地址相同
      2、广播帧:一对全体,发送给本局域网上所有站点的帧(目的mac字段全1即可)
      3、多播帧:一对多,发送给本局域网上一部分站点的帧

    • 所有的适配器至少能识别 前两种帧:单播地址、广播地址(全1)
      有的适配器可以通过编程方法识别多播地址,当OS启动,就初始化适配器。
      只有目的地址才能使用 广播地址和多播地址

    • 适配器的混杂工作方式
      普通模式下适配器只接收目标mac地址与自身mac相符合的帧,其他的丢弃
      混杂方式下:适配器会接受下以太网上传输的所有帧
      混杂方式可能被黑客用来窃听,一般用来监视和分析以太网上的流量

    二、mac帧的格式

    • 以太网mac帧的格式主要有两种标准
      1、DIX Etherne V2 (最常用的,就介绍它)
      2、IEEE 标准

    • DIX Ethernet V2 以太网 mac帧格式
      在这里插入图片描述
      前8个字节 + 五个字段 组成:
      前8个字节 是用来进行同步的帧前同步码
      前两个六字节字段 分别是目的地址和源地址字段
      第三个字段 是两字节的类型字段:用来表示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。
      第四个字段 是数据字段,长度 46 到 1500 字节之间(64-6-6-2-4,MTU,小于 46 时 mac子层会自动在数据字段后面加上一个整数字节的填充字段),接收端在收到此帧后将首部和尾部去除,将数据段和填充字段上交IP层,IP数据报首部中有一个总长度字段,依此去除填充字段
      第五个字段 是帧检验序列FCS(使用CRC检验)

    在这里插入图片描述

    • 如何判断一个以太网帧的结束
      由上面的帧格式,没有帧结束字段,首部中无帧长度字段
      但是使用曼彻斯特编码的每一个码元中间都有一次电压的转换。
      当发送方把一个以太网帧发送完毕,就不再发送其它码元了(不发送1不发送0),如此发送方适配器的接口上的电压也就不再变化了,接收方也由此确定以太网帧的结束位置

    • 无效的mac帧
      1、帧长不是整数个字节
      2、收到的帧检验序列FCS出错
      3、收到的mac帧的数据字段长度不在 46 ~ 1500 字节之间
      (检查出无效的mac帧只丢弃处理,以太网不负责重传已丢弃的帧)

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  • 秒懂以太网MAC 硬件地址

    千次阅读 2020-04-21 11:41:05
    什么是MAC硬件地址,以及物理地址是什么,他们有什么关系,本文介绍了以太网 MAC帧的格式,解释了常见的两种格式,以及一些基础知识,可以在遗忘的时候查阅。

    MAC 层的硬件地址

    在局域网中,以下几个称呼是一样的:

    • 📌 硬件地址
    • 📌 物理地址
    • 📌 MAC 地址

    48 位的 MAC 地址

    ✅ IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段 6 个字节中的前三个字节 (即高位 24 位),称为组织唯一标识符

    ✅ 所以就只有 3 个字节能支配了,这 3 个字节由厂家支配,称为扩展唯一标识符,必须保证生产出的适配器没有重复地址。


    ❗ 生产适配器时,6 字节的 MAC 地址已被固化在适配器的 ROM,因此,MAC 地址也叫做硬件地址 (hardware address) 或物理地址。

    所以无论你把它带到哪里去,或者把它砸了,烧了🔥,它的硬件地址还是不会变。


    📕 下面介绍一下 IEEE 组织的一些规定:

    • IEEE 规定地址字段的 第一字节的最低位 I / G I/G I/G 位。 I / G I/G I/G 表示 I n d i v i d u a l / G r o u p Individual / Group Individual/Group
    • I / G I/G I/G = 0 = 0 =0 时,地址字段表示一个单站地址
    • I / G I/G I/G = 1 = 1 =1 时,表示组地址,用来进行多播

    所以对于前三个字节,既然第一个字节的最后一位被占用了,就只能支配其余的 23 23 23 位了。

    ❗所有 48 位都为 1 时,为广播地址。只能作为目的地址使用。

    📕 IEEE 又规定了!

    • IEEE 把地址字段第一字节的倒数第 2 2 2 位规定为 G / L G/L G/L 位,表示 G l o b a l / L o c a l Global / Local Global/Local
    • G / L G/L G/L = 0 = 0 =0 时,是全球管理。
    • G / L G/L G/L = 1 = 1 =1 时, 是本地管理。

    ❓ 那么有啥区别呢 ?

    全球管理需要购买,本地管理用户自定义,不过以太网几乎不会去理会这个用户自定义的。

    适配器检查 MAC 地址

    🚀 适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址,然后检查这个帧是否是下面的其中一种,如果不是就丢弃,如果是就收下然后转发。

    • 1️⃣ 单播 (unicast) 帧(一对一)
    • 2️⃣ 广播 (broadcast) 帧(一对全体)
    • 3️⃣ 多播 (multicast) 帧(一对多)

    MAC 帧的格式

    常用的以太网 MAC 帧格式有两种标准 :

    • D I X   E t h e r n e t   V 2 DIX \space Ethernet \space V2 DIX Ethernet V2 标准
    • I E E E 的 802.3 IEEE 的 802.3 IEEE802.3 标准

    最常用的 M A C MAC MAC 帧是以太网 V 2 V2 V2 的格式。


    我们来放大看一下:

    • 1️⃣ 首先是目的地址字段,占 6 个字节。

    • 2️⃣ 然后是源地址字段,也是 6 字节。

    • 3️⃣ 类型字段用来标志上一层使用的是什么协议,以便把收到的 M A C MAC MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。

    • 4️⃣ 数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段。
      最小长度 64 字 节 − 18 字 节 64 字节 - 18 字节 6418 的首部和尾部 = = = 数据字段的最小长度( 46 46 46 字节

    • 5️⃣ FSC 用于差错检测

    ❓ 其实你会发现从 M A C MAC MAC 层到物理层还会多出 8 8 8 个字节,那么这 8 8 8 个字节是啥呢?

    在帧的前面插入(硬件生成)的 8 字节中,第一个字段共 7 个字节,是前同步码,用来迅速实现 M A C MAC MAC 帧的比特同步。第二个字段 1 个字节是帧开始定界符,表示后面的信息就是 MAC 帧。

    📗 最后提一下与 I E E E   802.3   M A C 帧 IEEE \space802.3\space MAC 帧 IEEE 802.3 MAC 的区别:

    • IEEE 802.3 规定的 MAC 帧的第三个字段是“长度 / 类型”。
    • 长 度 / 类 型 长度 / 类型 / 字段值小于 0 x 0600 0x0600 0x0600 时,数据字段必须装入上面的逻辑链路控制 LLC 子层的 LLC 帧。

    帧间最小间隔为 9.6 μ s 9.6 \mu s 9.6μs,相当于 96 b i t 96 bit 96bit 的发送时间。
    一个站在检测到总线开始空闲后,还要等待 9.6 μ s 9.6 \mu s 9.6μs 才能再次发送数据。

    展开全文
  • 摘要: 本文介绍了基于现场可编程门阵列(FPGA) 的以太网MAC协议的硬件实现方法. 硬件结构上由控制模 块、发送模块和接收模块3个部分组成,发送模块和接收模块采用状态机控制数据发送和接收的过程,完成数据的封装...
  • 以太网 MAC

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    以太网中,主要存在两种MAC: 半双工MAC:物理运行模式是半双工时提供访问。 全双工MAC:物理运行模式是全双工时提供访问。 这两种MAC都集成在网卡中,网卡初始化的时候一般进行自动...

    MAC子层的功能简介

    MAC(Media Access Control)子层负责完成下列任务:

    • 提供物理链路的访问。

      MAC子层是物理层相关的,也就是说,不同的物理层有不同的MAC子层来进行访问。

      在以太网中,主要存在两种MAC子层:

      • 半双工MAC:物理层运行模式是半双工时提供访问。

      • 全双工MAC:物理层运行模式是全双工时提供访问。

      这两种MAC都集成在网卡中,网卡初始化的时候一般进行自动协商,根据自动协商的结果决定运行模式,然后根据运行模式选择相应的访问MAC。

    • 链路级的站点标识:在数据链路层识别网络上的各个站点。

      也就是说,在该层次保留了一个站点地址,即MAC地址,来标识网络上的唯一一个站点。

      为了进行站点标识,在MAC子层用MAC地址来唯一标识一个站点。

      MAC地址由IEEE管理,以块为单位进行分配。一个组织(一般是制造商)从IEEE获得唯一的地址块,称为一个组织的OUI(Organizationally Unique Identifier)。获得OUI的组织可用该地址块为16777216个设备分配地址。

      MAC地址有48Bit,但通常被表示为12位的点分十六进制数。例如,48Bit的MAC地址000000001110000011111100001110011000000000110100,表示为12位点分十六进制就是00e0.fc39.8034。

      每个MAC地址的前6位(点分十六进制)代表OUI,后6位由厂商自己分配。例如,地址00e0.fc39.8034,前面的00e0.fc是IEEE分配给华为公司的OUI,后面的39.8034是由华为公司自己分配的地址编号。

      MAC地址中的第2bit指示该地址是全局唯一还是局部唯一。以太网一直使用全局唯一地址。

      MAC地址可分为下面几种类别:

      • 物理MAC地址

        这种类型的MAC地址唯一的标识了以太网上的一个终端,这样的地址是固化在硬件(如网卡)里面的。

      • 广播MAC地址

        这是一个通用的MAC地址,用来表示网络上的所有终端设备。

        广播MAC地址48Bit全是1,即ffff.ffff.ffff。

      • 组播MAC地址

        这是一个逻辑的MAC地址,用于代表网络上的一组终端。

        组播MAC地址第8Bit是1,例如000000011011101100111010101110101011111010101000。

    • 链路级的数据传输:从LLC子层接收数据,附加上MAC地址和控制信息后把数据发送到物理链路上;在这个过程中提供校验等功能。

      数据的收发过程如下:

      1. 当上层要发送数据的时候,把数据提交给MAC子层。

      2. MAC子层把上层提交来的数据放入缓存区。

      3. 然后加上目的MAC地址和自己的MAC地址(源MAC地址),计算出数据帧的长度,形成以太网帧。

      4. 以太网帧根据目的MAC地址被发送到对端设备。

      5. 对端设备用帧的目的MAC地址,跟MAC地址表中的条目进行比较。

        • 只要有一项匹配,则接收该以太网帧。

        • 若无任何匹配的项目,则丢弃该以太网帧。

      以上描述的是单播的情况。如果上层应用程序加入一个组播组,数据链路层根据应用程序加入的组播组形成一个组播MAC地址,并把该组播MAC地址加入MAC地址表。这样当有针对该组的数据帧的时候,MAC子层就接收该数据帧并向上层发送。

    以太网帧结构

    • Ethernet_II的帧结构

      图1 Ethernet_II的帧结构:

    • Ethernet_II的帧中各字段说明如表1所示。

      表1 Ethernet_II的帧结构说明

      字段

      说明

      DMAC

      DMAC(Destination MAC)是目的地址。DMAC确定帧的接收者。

      SMAC

      SMAC(Source MAC)是源地址。SMAC字段标识发送帧的工作站。

      Type

      两字节的类型字段用于标识数据字段中包含的高层协议,也就是说,该字段告诉接收设备如何解析数据字段。

      在以太网中,多种协议可以在局域网中同时共存。因此,在Ethernet_II的类型字段中设置相应的十六进制值提供了在局域网中支持多协议传输的机制。

      • 类型字段取值为0800的帧代表IP协议帧。

      • 类型字段取值为0806的帧代表ARP协议帧。

      • 类型字段取值为8035的帧代表RARP协议帧。

      • 类型字段取值为8137的帧代表IPX和SPX传输协议帧。

      Data

      数据字段的最小长度必须为46字节以保证帧长至少为64字节,这意味着传输一字节信息也必须使用46字节的数据字段。

      如果填入该字段的信息少于46字节,该字段的其余部分也必须进行填充。

      数据字段的最大长度为1500字节。

      CRC

      CRC(Cyclic Redundancy Check)循环冗余校验字段提供了一种错误检测机制。

      每一个发送器都计算一个包括了地址字段、类型字段和数据字段的CRC码,然后将计算出的CRC码填入4字节的CRC字段。

    • IEEE802.3的帧结构

      图2 IEEE802.3的帧结构:

    • 如图2所示,IEEE802.3帧格式类似于Ethernet_II帧,只是Ethernet_II帧的Type域被802.3帧的Length域取代,并且占用了Data字段的8个字节作为LLC和SNAP字段。

      表2 IEEE802.3的帧结构说明

      字段

      说明

      Length

      Length字段定义了Data字段包含的字节数。

      LLC

      LLC(Logical Link Control)由目的服务访问点DSAP(Destination Service Access Point)、源服务访问点SSAP(Source Service Access Point)和Control字段组成。

      SNAP

      SNAP(Sub-network Access Protocol)由机构代码(org code)和类型(Type)字段组成。org code三个字节都为0。Type字段的含义与Ethernet_II帧中的Type字段相同。

      注:其他字段请参见Ethernet_II的帧的字段说明。

      IEEE802.3帧根据DSAP和SSAP字段的取值又可分为以下几类:

      • 当DSAP和SSAP都取特定值0xff时,802.3帧就变成了Netware-ETHERNET帧,用来承载NetWare类型的数据。

      • 当DSAP和SSAP都取特定值0xaa时,802.3帧就变成了ETHERNET_SNAP帧。

        ETHERNET_SNAP帧可以用于传输多种协议。因此,SNAP可以被看作一种扩展,它允许厂商创建自己的以太网传输协议。

        ETHERNET_SNAP标准由IEEE802.1委员会制定,以保证IEEE802.3局域网和以太网之间的互操作性。

      • DSAP和SSAP其他的取值均为纯IEEE802.3帧。

    展开全文
  • 以太网MAC层基础知识学习

    千次阅读 2019-05-31 11:40:14
    1、MAC层硬件地址 MAC media access control or message authentication code 在局域网中,硬件地址又称为物理地址或者MAC地址(因为物理地址用于MAC帧中)。I3E 802标准中规定了一种48位的全球地址,此地址固化...

    1、MAC层的硬件地址

    MAC    media access control or message authentication code

    在局域网中,硬件地址又称为物理地址或者MAC地址(因为物理地址用于MAC帧中)。I3E 802标准中规定了一种48位的全球地址,此地址固化在适配器的ROM中(所以称为物理地址)。无线LAN、蓝牙、以太网、FDDI、ATM等设备都使用相同规格的MAC地址。

    2、MAC(物理)地址的作用

    首先,在计算机系统中,标识系统(identification system)是一个核心问题,地址用于解决这个问题。

    引申:TCP/IP通信中使用包含MAC地址、IP地址、端口号等信息作为地址标识,应用层中电子邮件地址也是网络通信的地址。地址有唯一性(指的独立设备有独立地址)、层次性(有利于设备分类)。

    SHOC78:“名字指出我们要的资源,地址指出资源的位置,路由指出寻找资源的路径”

    关于MAC地址独立性的问题

    MAC地址相同的设备只要不是同属一个数据链路就不会出现问题。

    I3E 802标准规定MAC地址字段可采用6字节48位或者2字节16位其中一种,但是由于6字节地址字段可使局域网适配器具有不同的地址,所以采用6字节MAC地址

    I3E注册管理结构RA(Registration Authority)是局域网全球地址的法定管理机构[W-IEEERA],负责分配前三个字节;前三个字节又称组织唯一标识符OUI(Organizationally Unique Identifier),又称公司标识符(Company ID)[RFC 7042]。后三个字节由厂家自行指派称为扩展标识符(Extended Identifier)。总的一起叫做EUI-48扩展的唯一标识符(Extended Unique Identifier)。

    I3E规定字段的第一字节最低位为I/G位(Individual/Group),如定义的字面意思,为0则为独立地址;为1则为组地址,用来进行多播(这也是以前称组播的原因)。因此I3E只分配前三个字节中的23位。

    关于第一位的相关问题

    第一种记法把每一字节的最低位写在最左边,I3E802.3标准记法 最左边的最低位是第一位;

    第二种记法把每一字节的最高位写在最左边,则最左边最高位是第一位。

    在发送数据中,按照字节的顺序发送,但第一种先发送最低位,第二种先发送最高位。

    I3E将地址字段的第一字节的最低第二位规定为G/L位(Global/Local),分别定义为全球管理或者本地管理。

    番外记:1、2^46超过70万亿个地址,据估算2020年以前不需要考虑MAC地址耗尽的问题

                   2、以太网适配器可设置为混杂方式(Promiscuous Mode),此种方式下适配器将所有能接收到的匹配或非匹配                       地址的内容全部接受。两种人使用此种方式,一为黑客(hacker/cracker)非法获取其他用户的指令; 二为网络维护和管理人员监控流量,以提高网络性能。

    单播unicast         一对一       数据报帧地址与本机地址相同

    广播broadcast    一对全体    广播地址适用于本地所有地址

    多播multicast     一对多        地址包含多个站点地址

     

    3、MAC帧

    MAC层框架由9个字段组成

    MAC帧控制字

    Version

    Current version is 0

    Type

    Type of information: management (00), control (01), or data (10)

    Subtype

     Subtype of each type (see Table 3.6)

    To DS

    Defined later

    From DS

     Defined later

    More flag

    When set to 1, means more fragments

    Retry

     When set to 1, means retransmitted frame

    Pwr mgt

     When set to 1, means station is in power management mode

    More data

     When set to 1, means station has more data to send

    WEP

     Wired equivalent privacy (encryption implemented)

    Rsvd

     Reserved

     

    参考书目:

    [1]. 计算机网络.第七版.谢希仁

    [2]. 图解TCPIP.第5版.乌尼日其其格

    [3].TCP.IP.Protocol.Suite.4ed.Foruzan

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    千次阅读 2018-10-18 15:23:15
    MAC硬件地址(指的就是物理地址和MAC地址):这种地址用在MAC帧中,IEEE802标准为局域网规定了一种48位(6B)的全球地址,是指固化在网卡中(网络适配器)ROM中的地址。  如果连续在局域网上的主机上或...
  • 数据链路以太网MAC、MTU详解

    万次阅读 2018-05-28 19:42:25
    也就是说,数据链路是为网络提供数据传送服务的,这种服务要依靠本具备的功能来实现,它的各种机制可以让数据的传输更准确可靠。 我们今天学习更多关于数据链路的细节,让我们对其更加了解。 认识以太网 ...

空空如也

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以太网mac层的硬件地址