计算机网络与通信技术-以太网的MAC层和帧格式

# 1. 简介

## 1.1 什么是以太网

以太网是一种局域网技术，是目前应用最广泛的局域网技术之一。它定义了一组标准，规定了在局域网中进行通信的方法和规则。以太网使用CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）协议来控制多个设备在同一网络上的数据传输，保证数据能够在网络中流畅传输。

## 1.2 计算机网络的基本概念

在理解以太网之前，需要了解一些计算机网络的基本概念，包括数据链路层、MAC地址、帧、广播、多播、速率、半双工传输和全双工传输等。这些概念是理解以太网技术的基础，也是深入学习以太网的重要前提。

接下来，我们将深入探讨以太网的MAC层。

# 2. 以太网的MAC层

MAC（Media Access Control）层是以太网协议中的一层，位于物理层之上，负责定义数据帧的格式，以及控制数据的发送和接收。在本章节中，我们将详细介绍MAC层的作用和功能，以及MAC地址的定义和协议。

### 2.1 MAC层的作用和功能

MAC层主要负责以下几个方面的功能：

- 媒体访问控制：MAC层定义了多个媒体访问控制协议，用于控制多个节点共享同一物理介质时的访问权限。常见的媒体访问控制协议包括CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）和TDMA（时分多址）等。

- 帧的封装和解封装：MAC层负责将上层传输层的数据封装成以太网的数据帧，同时也负责将接收到的数据帧解封装成上层可以处理的数据。

- 地址识别和寻址：MAC层使用唯一的MAC地址来识别和寻址不同的网络设备。MAC地址是一个48位的全球唯一标识，用于标识网络适配器。

### 2.2 MAC地址和MAC块的定义

MAC地址是一个由48位二进制数表示的全球唯一标识，用于标识网络适配器。MAC地址由6个字节组成，通常以十六进制的形式表示，如 00:0A:95:9D:68:16。

以太网中的MAC地址分为两部分：前24位为厂商识别码（Organizationally Unique Identifier，OUI），后24位为厂商指定码（Vendor Assigned Code，VAC）。其中，OUI是由IEEE分配给厂商的唯一标识，VAC由厂商自行分配。

MAC块是以太网帧中负责传输MAC地址信息的字段，长度为6个字节。在一个以太网网络中的每个节点都有一个唯一的MAC地址。

### 2.3 MAC层的协议

MAC层定义了多个协议，用于控制数据的传输和访问权限的分配。常见的MAC协议包括以下几种：

- CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）：在发送数据之前，首先监听物理介质上是否有其他节点正在传输数据，如果检测到冲突，则停止发送数据，并进行退避等待再次尝试发送。

- TDMA（时分多址）：将时间分成多个时段，每个时段分配给不同的节点使用，以避免冲突。

- Token Ring（令牌环）：节点之间通过传递一个令牌来控制数据的传输权限，只有持有令牌的节点才能发送数据。

以上仅为一些常见的MAC层协议示例，不同的以太网设备和网络环境可能使用不同的MAC协议来实现数据的发送和接收控制。

代码示例:

import socket

def get_mac_address():
    mac = hex(uuid.getnode())[2:]
    mac = ":".join(mac[i:i+2] for i in range(0, 12, 2))
    return mac.upper()

if __name__ == "__main__":
    print("MAC地址:", get_mac_address())

代码解析：

以上代码使用Python的socket库和uuid库来获取当前计算机的MAC地址。其中，getnode()函数返回计算机的48位MAC地址，然后使用hex()函数将MAC地址转换为16进制形式。最后，使用":"将MAC地址分隔成6个字节的格式，并将字母转换为大写。

代码总结：

通过使用Python的socket库和uuid库，我们可以方便地获取计算机的MAC地