📖 3.4.1 网络适配器和 MAC 地址

🎯 课程摘要：本节课介绍网络适配器（网卡）的硬件结构与功能，以及 MAC 地址的概念、格式、分类和发送顺序。MAC 地址是数据链路层用于媒体接入控制的唯一标识，长度为 48 比特，分为全球单播、全球多播、本地单播和本地多播四类。

📝 详细笔记

组成部分	说明
核心芯片（如 Realtek 8169SC）	实现以太网的数据链路层和物理层
EEPROM（如 93C46）	存储 MAC 地址和网卡相关信息
Boot ROM 插槽	可安装用于网络无盘工作站启动的 Boot 芯片
网络隔离变压器	将核心芯片与外部局域网隔离，提高抗干扰能力，防雷击保护
RJ-45 网络接口	连接双绞线电缆
PCI 接口	网卡与计算机主板的接口

核心功能：
1. 实现物理层和数据链路层功能
2. 并行传输与串行传输的转换：计算机内部通过 I/O 总线以并行方式与网卡通信，网卡与外部以太网通过传输媒体以串行方式通信
3. 数据缓存：网卡核心芯片中包含存储器，用于缓存数据（因网络传输速率与计算机内部总线速率不同）
驱动程序：必须在操作系统中安装相应的设备驱动程序，负责驱动网卡发送和接收帧

概念定义：MAC 地址是用于媒体接入控制（MAC, Media Access Control）的数据链路层地址，用于在广播信道中唯一标识各主机的网络接口。
为什么需要 MAC 地址：
- 点对点信道只有两个站点，数据链路层不需要使用地址
- 广播信道连接多个站点，由于天然的广播特性，信号会传播到所有主机，需要用地址来区分各主机
- 每个主机发送的帧首部中携带发送主机和接收主机的地址，网卡根据目的地址是否匹配来决定接受或丢弃
别称：MAC 地址固化在网卡的 EEPROM 中，因此也称为硬件地址；有时也称为物理地址
⚠️ 重点/考点：不要被"物理地址"中的"物理"二字误导，物理地址属于数据链路层范畴，不属于物理层。此知识点曾出现在 2018 年 408 考研真题中。
MAC 地址是接口的唯一标识，而非设备的唯一标识：一台设备可能有多个网络接口（如以太网卡 + Wi-Fi 网卡），每个接口都有独立的 MAC 地址

IEEE 802 标准为局域网规定了 48 比特（6 字节）的 MAC 地址：

字节位置	字段	说明
第 1～3 字节	OUI（组织唯一标识符）	生产厂商向 IEEE 注册管理机构申请，也称公司标识符
第 4～6 字节	网络接口标识符	获得 OUI 的厂商自行分配，保证无重复地址

MAC 地址第一字节的前两位决定地址类型：

位	名称	取值 0	取值 1
b0 位	I/G 位（Individual/Group）	单播地址	多播地址
b1 位	G/L 位（Global/Local）	全球管理	本地管理

四种类型及其特点：

G/L 位	I/G 位	类型	说明
0	0	全球单播	厂商生产时固化在设备中，全球唯一
0	1	全球多播	标准网络设备支持，用于特定功能（如 STP 使用的 `01-80-C2-00-00-00`）
1	0	本地单播	网络管理员分配，优先级高于全球单播（可覆盖）
1	1	本地多播	用户可对网卡编程设置，表明属于哪些多播组

单播 MAC 地址：

广播 MAC 地址：

多播 MAC 地址举例：四个交换机连接形成环路时，交换机之间交互 BPDU（网桥协议数据单元），其帧首部的目的地址为生成树协议（STP）专用的多播 MAC 地址 01-80-C2-00-00-00，各交换机根据 BPDU 按生成树算法阻塞某些接口以破除环路。

网卡收到帧后，检查帧首部中的目的 MAC 地址，按以下情况处理：

⚠️ 重点/考点：区分"接收"与"接受"
- 接收：网卡从网络中收到某个帧（物理动作）
- 接受：网卡接收帧后，判断目的 MAC 是否匹配、帧首部是否有差错等，决定接受还是丢弃（逻辑判断）

混杂方式：网卡只要收到共享媒体上传来的帧就全部收下，不管目的 MAC 地址是什么
- 合法用途：网络维护管理人员监视和分析局域网流量（嗅探器 Sniffer），用于学习和分析网络
- 非法用途：黑客利用混杂方式非法获取网络用户的口令
⚠️ 重点/考点：全球单播 MAC 地址如同身份证号码具有唯一性，往往与用户个人信息绑定，应尽量确保不被泄露。目前大多数移动设备已采用随机 MAC 地址技术，避免连接 Wi-Fi 热点时 MAC 地址泄露。

助教补充：随机 MAC 地址技术在设备探测 Wi-Fi 网络时使用随机生成的本地单播地址，而非真实的全球单播地址，从而保护用户隐私。