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🎯 课程摘要:本节介绍如何将 IPv4 多播地址映射为以太网多播 MAC 地址,说明映射规则(01-00-5E 前缀 + IP 多播地址低 23 位)及映射不唯一导致的软件过滤问题。

📝 详细笔记

1. IP 多播地址到 MAC 多播地址的映射

由于 MAC 地址有多播 MAC 地址类型,只要把 IPv4 多播地址映射成多播 MAC 地址,即可将 IP 多播数据报封装在局域网的 MAC 帧中传送。

封装结构:

  • MAC 帧首部中的目的 MAC 地址 = 由 IP 多播地址映射而来的多播 MAC 地址
  • IP 数据报首部中的目的 IP 地址 = 某个 IP 多播地址

当给主机配置其所属多播组的 IP 多播地址时,系统会根据映射规则生成相应的局域网多播 MAC 地址。

2. 多播 MAC 地址的范围

IANA(因特网号码指派管理局)从 IEEE 注册管理机构申请到的以太网 MAC 地址块中,将 01-00-5E-00-00-00 ~ 01-00-5E-7F-FF-FF 范围的多播 MAC 地址用于映射 IPv4 多播地址。

48 比特多播 MAC 地址组成结构:

字段比特值
固定部分左起前 25 比特01-00-5E-0(固定不变)
可变部分剩余 23 比特任意变化
  • 多播 MAC 地址标识:左起第一个字节的最低比特为 1,表示该 MAC 地址是多播 MAC 地址。
  • 多播 MAC 地址总数 = 2^23 个。
  • 最小多播 MAC 地址:01-00-5E-00-00-00
  • 最大多播 MAC 地址:01-00-5E-7F-FF-FF

3. 映射方法与不唯一性问题

3.1 映射规则

  • IPv4 多播地址:32 比特,左起前 4 比特固定为 1110,剩余 28 比特可变。
  • 多播 MAC 地址:只有 23 比特可变。
  • 因此只能将 IP 多播地址的低 23 比特映射到 MAC 多播地址的低 23 比特。
  • IP 多播地址可变的 28 比特中,前 5 比特无法映射。

3.2 映射不唯一

  • 若不同的 IP 多播地址的不同之处仅出现在不能映射的 5 个比特,则它们会映射出同一个多播 MAC 地址。
IP 多播地址低 23 比特映射的 MAC 地址
226.0.9.260000000 00001001 0001101001-00-5E-00-09-1A
226.128.9.260000000 00001001 0001101001-00-5E-00-09-1A
228.1.1.10000001 00000001 0000000101-00-5E-01-01-01
  • ⚠️ 重点/考点:IP 多播地址与多播 MAC 地址的映射关系不唯一(32 个 IP 多播地址对应 1 个 MAC 多播地址)。

4. 软件过滤机制

由于映射不唯一,收到 IP 多播数据报的主机还要在网际层利用软件进行过滤,把不是本主机要接收的 IP 多播数据报丢弃。

双重过滤举例(目的 IP 为 226.128.9.26):

  • 从 MAC 层看,图中有两个不同的硬件多播组:

    • 01-00-5E-00-09-1A(226.0.9.26 与 226.128.9.26 共用)
    • 01-00-5E-01-01-01(228.1.1.1)
  • 第一层过滤(MAC 层):根据目的 MAC 地址判断是否接收该多播帧。

    • 属于 01-00-5E-01-01-01 的主机发现目的 MAC 不匹配,直接丢弃。
    • 属于 01-00-5E-00-09-1A 的主机接受该帧,交付网际层。
  • 第二层过滤(网际层):根据目的 IP 地址判断是否接收该 IP 多播数据报。

    • 226.0.9.26 的成员发现目的 IP 不匹配,丢弃。
    • 226.128.9.26 的成员接受该 IP 多播数据报。
  • ⚠️ 重点/考点:硬件多播需要 MAC 层与网际层双重过滤:先按目的 MAC 地址筛选帧,再按目的 IP 地址筛选数据报。

💡 核心总结

  • 多播 MAC 地址前 25 位固定为 01-00-5E-0,后 23 位由 IP 多播地址低 23 位映射而来。
  • 由于 IP 多播地址有 28 位可变而 MAC 只有 23 位可映射,5 位无法映射,导致 32 个 IP 多播地址共用 1 个 MAC 地址,映射不唯一。
  • 映射不唯一要求接收主机在网际层用软件进行二次过滤,丢弃不属于自己的 IP 多播数据报。

❓ 课后思考 / 经典考题

  1. 以太网多播 MAC 地址的范围是什么?为什么是 2^23 个?
  2. 为什么 IP 多播地址到 MAC 多播地址的映射不是唯一的?多少个 IP 多播地址对应同一个 MAC 多播地址?
  3. 当主机收到一个多播 MAC 帧后,为何还要在网际层进行软件过滤?简述双重过滤的过程。
最近更新: 2026/6/23 17:18
Contributors: yangwenguang
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