MAC地址与帧结构

一、MAC地址

定义

MAC地址（Media Access Control address）是物理地址，也称为硬件地址或链路地址。它是一个用来确认网络设备位置的地址。在OSI模型中，MAC地址工作在数据链路层。

格式

MAC地址是一个48位的二进制数。通常以12位十六进制数表示。例如：00 - 1A - 2B - 3C - 4D - 5E。

这48位可以分为两部分：

前24位是组织唯一标识符（OUI，Organizationally Unique Identifier）。它是由IEEE（电气和电子工程师协会）分配给各个网络设备制造商的。例如，00 - 1A - 2B这部分就是某个网络设备制造商的唯一标识。不同的制造商有自己独特的OUI，通过它可以识别出设备是由哪家公司生产的。

后24位是由制造商自己分配的扩展标识符。这部分用于区分同一制造商生产的不同设备。例如，3C - 4D - 5E就是同一制造商内部用来区分设备的编号。

作用

设备识别：在局域网中，MAC地址是网络接口卡（NIC）的唯一标识。当数据在局域网内传输时，源设备会使用目的设备的MAC地址来确定数据应该发送到哪个设备。例如，在一个公司的办公网络中，计算机A要向计算机B发送文件，计算机A会查找计算机B的MAC地址，然后将数据帧封装好发送出去。

链路层通信：在数据链路层，MAC地址用于在相邻节点之间进行数据传输。它与IP地址不同，IP地址是网络层的逻辑地址，用于在不同网络之间进行路由选择，而MAC地址是物理地址，用于在同一个局域网内部的设备之间进行通信。

二、帧结构

定义

帧是数据链路层的协议数据单元（PDU）。它是网络通信中数据链路层交换和传输的数据单元。帧就像一个“信封”，把网络层的协议数据单元（通常是IP数据报）封装起来，加上一些必要的控制信息，以便在物理链路上进行传输。

典型帧结构（以以太网帧为例）

前导码

长度为7个字节。它是一个特殊的位模式（10101010），用于同步发送方和接收方的时钟。在数据传输过程中，接收设备需要通过前导码来调整自己的接收时钟，以便能够正确地接收后续的数据。例如，当一个网络接口卡开始接收数据时，它会先检测到前导码的这个特定模式，从而知道数据即将开始传输。

帧开始定界符

长度为1个字节，其值为10101011。它标志着帧的正式开始。接收设备在检测到SFD后，就知道后面的数据是帧的内容，而不是其他无效的信号。

目的MAC地址

长度为6个字节。它标识了帧的接收方的MAC地址。就像邮件上的收件人地址一样，数据链路层会根据这个地址将帧发送到正确的设备。

源MAC地址

长度为6个字节。它标识了帧的发送方的MAC地址。这个地址用于标识数据是从哪里发送过来的，接收方可以根据这个地址进行回应或者记录等操作。

类型/长度字段

长度为2个字节。

如果值小于或等于1500，表示该字段是长度字段，用于标识后面数据字段的长度（以字节为单位）。例如，如果这个字段的值是500，那么后面的数据字段长度就是500字节。

如果值大于1536，表示该字段是类型字段，用于标识帧所携带的网络层协议类型。例如，值为0x0800表示该帧携带的是IPv4协议的数据。

数据字段

长度为46 - 1500字节。它存放的是上层协议（如网络层）的数据。例如，如果是IPv4协议的数据，这里就包含了IP数据报的内容。数据字段是帧的核心部分，承载了实际要传输的信息。

帧校验序列

长度为4个字节。它用于检测帧在传输过程中是否发生了错误。发送方在发送帧之前，会根据帧的内容（包括目的MAC地址、源MAC地址、类型/长度字段和数据字段）计算一个校验值，并将其放在FCS字段中。接收方收到帧后，会使用相同的算法对收到的帧内容进行校验，如果计算出的校验值和FCS字段中的值相同，就认为帧在传输过程中没有错误；如果不同，就认为帧出现了错误，接收方可能会丢弃该帧并要求发送方重新发送。