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）：
-
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。
-
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）。
-
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） |