MAC-адрес Ethernet

7.2.1

MAC-адрес и шестнадцатеричная система счисления

В сети адреса IPv4 представлены с использованием десятичной системы счисления с десятичной базой и двоичной системы счисления с основанием 2. Адреса IPv6 и адреса Ethernet представлены с использованием базовой шестнадцатеричной системы счисления. Чтобы понять шестнадцатеричную систему, вы должны сначала быть знакомы с двоичной и десятичной.

Шестнадцатеричная система счисления, в которой используются цифры от 0 до 9 и буквы от A до F.

MAC-адрес Ethernet состоит из 48-битного двоичного значения. Шестнадцатеричный используется для идентификации адреса Ethernet, так как одна шестнадцатеричная цифра представляет четыре бита. Таким образом 48-разрядный MAC-адрес Ethernet может быть выражен только с помощью 12 шестнадцатеричных значений.

На рисунке сравниваются эквивалентные десятичные и шестнадцатеричные значения для двоичных файлов 0000 до 1111.

Рисунок состоит из трех столбцов, показывающих десятичные и шестнадцатеричные эквиваленты выбранных 4-битных двоичных чисел. Слева направо заголовки столбцов: десятичный, двоичный и шестнадцатеричный. Каждый столбец имеет 16 строк под заголовком.

Десятичные и двоичные эквиваленты для шестнадцатеричных значений от 0 до F

Если 8 бит (1 байт) — это общепринятая бинарная группа, то двоичный код 00000000–11111111 может быть представлен в шестнадцатеричной системе счисления как диапазон 00–FF, как показано на рисунке.

Рисунок состоит из трех столбцов, показывающих десятичные и шестнадцатеричные эквиваленты выбранных 8-битных двоичных чисел. Слева направо заголовки столбцов: десятичный, двоичный и шестнадцатеричный. Каждый столбец имеет 18 строк под заголовком.

Выбранные десятичные, двоичные и шестнадцатеричные эквиваленты

Чтобы заполнить 8-битное представление, всегда отображаются ведущие нули. Например, двоичное значение 0000 1010 показано в шестнадцатеричной системе как 0A.

Шестнадцатеричные числа часто представлены значением, предшествующим 0x (например, 0x73), чтобы различать десятичные и шестнадцатеричные значения в документации.

Шестнадцатеричное число также может быть представлено индексом 16 или шестнадцатеричным числом, за которым следует H (например, 73H).

Возможно, вам придется конвертировать между десятичными и шестнадцатеричными значениями. При необходимости такого преобразования обычно проще преобразовать десятичное или шестнадцатеричное значение в двоичное, а затем преобразовать двоичное значение соответственно либо в десятичное, либо в шестнадцатеричное.

7.2.2

MAC-адрес Ethernet

Каждое устройство в сети Ethernet подключено к одной и той же общей среде передачи данных. MAC-адрес используется для определения источника и места назначения в локальной сети Ethernet. MAC-адресация предоставляет метод идентификации устройств на более низком уровне модели OSI.

MAC-адрес Ethernet — это 48-битный адрес, выраженный с использованием 12 шестнадцатеричных цифр, как показано на рисунке. Поскольку байт равен 8 битам, мы также можем сказать, что MAC-адрес имеет длину 6 байтов.

На диаграмме показано, что MAC-адрес состоит из 48 бит. Эти 48 бит можно разделить на двенадцать 4-битных групп или 12 шестнадцатеричных цифр. Объединение двух шестнадцатеричных цифр вместе делает байт, поэтому 48 бит также эквивалентен 6 байтам.

Все MAC-адреса должны быть уникальными для устройства Ethernet или интерфейса Ethernet. Для этого все поставщики, продающие устройства Ethernet, должны зарегистрироваться в IEEE, чтобы получить уникальный 6-й шестнадцатеричный (т.е. 24-битный или 3-байтовый) код, называемый организационно уникальным идентификатором (OUI).

Когда поставщик назначает MAC-адрес устройству или интерфейсу Ethernet, поставщик должен выполнить следующие действия:

  • Используют свой назначенный OUI в качестве первых 6 шестнадцатеричных цифр.
  • Назначая уникальное значение в последних 6 шестнадцатеричных цифрах.

Таким образом MAC-адрес Ethernet состоит из 6 шестнадцатеричного кода OUI поставщика, за которым следует 6 шестнадцатеричных значений, назначенных поставщиком, как показано на рисунке.

первые шесть шестнадцатеричных цифр MAC-адреса (первые 6 шестнадцатеричных цифр или первые 3 байта) является уникальным идентификатором организации, а последние шесть шестнадцатеричных цифр присваиваются поставщику

Например, предположим, что Cisco необходимо назначить уникальный MAC-адрес новому устройству. IEEE присвоил Cisco OUI 00-60-2F. Затем Cisco настроили устройство с уникальным кодом поставщика, таким как 3A-07-BC. Таким образом, MAC-адрес Ethernet этого устройства будет 00-60-2F-3A-07-BC.

Поставщик несет ответственность за то, чтобы ни одному из его устройств не был присвоен одинаковый MAC-адрес. Тем не менее, дубликаты MAC-адресов могут существовать из-за ошибок, допущенных во время производства, ошибок, допущенных в некоторых методах реализации виртуальных машин, или изменений, сделанных с помощью одного из нескольких программных средств. В любом случае MAC-адрес необходимо будет изменить в новой сетевой плате или программном обеспечении.

7.2.3

Обработка кадров

MAC-адрес часто называется «встроенным» или «зашитым» адресом (burned-in address, BIA), поскольку исторически сложилось так, что он записывается в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) на сетевой плате. Это означает, что адрес вносится в чип ПЗУ на аппаратном уровне без возможности дальнейшего изменения.

Примечание: Операционные системы и сетевые платы современных компьютеров поддерживают возможность изменения MAC-адреса с помощью программ. Это удобно при попытке получения доступа к сети, в которой используется фильтрация на основе BIA. Следовательно, фильтрация или отслеживание трафика на основе MAC-адреса более не является надежным способом.

При запуске компьютера сетевая плата сначала копирует MAC-адрес из ПЗУ в ОЗУ. Когда устройство пересылает сообщение в сеть Ethernet, оно добавляет к кадру информацию заголовка.

  • MAC-адрес источника - Это MAC-адрес сетевой платы устройства источника.
  • MAC-адрес назначения - Это MAC-адрес сетевой карты устройства назначения.

Нажмите кнопку «Воспроизведение», чтобы просмотреть видеоролик о процессе пересылки кадра.

Анимация содержит топологию, состоящую из коммутатора со ссылками на четыре хост-компьютера с надписью H1, H2, H3 и H4. H1 говорит - Мне нужно отправить информацию на H3. На экране ПК появится кадр, а над ПК появится расширенный вид кадра. Кадр состоит из адресации в кадре и данных. Адрес назначения CC:CC:CC:CC:CC:CC:CC, адрес источника AA:AA:AA:AA:AA:AA и часть данных которые инкапсулируются в кадр. Кадр из H1 пересылается в коммутатор. Затем коммутатор пересылает кадр через каждый интерфейс, кроме интерфейса, подключенного к H1. Когда H2 и H4 получать кадр, и они говорят, что это не адресовано им. Я буду это игнорировать. Когда H3 получает кадр, он говорит Это предназначено мне.

При поступлении кадра Ethernet на сетевую плату она проверяет MAC-адрес назначения, чтобы определить, совпадает ли он с физическим MAC-адресом устройства, сохраненным в ОЗУ. Если не удается обнаружить совпадения, устройство отклоняет кадр. При наличии совпадения сетевая плата передает кадр вверх по уровням модели OSI, где происходит процесс деинкапсуляции.

Примечание: Сетевые платы устройств Ethernet принимают кадры также в том случае, если MAC-адрес назначения является широковещательной рассылкой или группой многоадресной рассылки, в которую включен узел.

Любое устройство, которое является источником или адресатом кадра Ethernet, будет иметь сетевой адаптер Ethernet и, следовательно, MAC-адрес. К ним относятся рабочие станции, серверы, принтеры, мобильные устройства и маршрутизаторы.

7.2.4

Индивидуальный (одноадресный) MAC-адрес

В сети Ethernet для одноадресной, многоадресной и широковещательной рассылки уровня 2 используются разные MAC-адреса.

Индивидуальный MAC-адрес — это уникальный адрес, который используется при отправке кадра от одного передающего устройства к одному устройству назначения.

Нажмите Воспроизвести, чтобы просмотреть, как обрабатывается одноадресный кадр. В этом примере MAC-адрес назначения и IP-адрес назначения являются одноадресные адреса.

Анимация показывает хост с IPv4-адресом 192.168.1.5 (источник), запрашивающий веб-страницу с сервера с одноадресным IPv4-адресом 192.168.1.200. Анимация содержит топологию, состоящую из хост-компьютера с именем H1, связанного с коммутатором. Коммутатор имеет подключения к трем другим хост-компьютерам и двум серверам. В нижней части анимации находится расширенный вид ethernet кадр. Кадр состоит из MAC-адреса назначения 00-07-E9-42-AC-28, MAC-адреса источника 00-07-E9-63-CE-53, IP-адреса источника 192.168.1.5, IP-адреса назначения 192.168.1.200, пользовательских данных и концевика. Часть IP-пакета кадра - это IP-адрес источника, IP-адрес назначения и пользовательские данные. В анимации H1 говорит, что мне нужно отправить этот кадр на сервер. Отправка кадра от H1 до коммутатора. Затем коммутатор пересылает кадр на сервер с IP-адресами и MAC-адресами, соответствующими IP-адресу и MAC-адресу назначения.

В примере, показанном в анимации, узел с IPv4-адресом 192.168.1.5 (источник) запрашивает веб-страницу с сервера с IPv4-адресом одноадресной рассылки 192.168.1.200. Для отправки и приема одноадресного пакета в заголовке IP-пакета должен указываться IP-адрес назначения. Кроме того, в заголовке кадра Ethernet должен быть MAC-адрес назначения. IP-адрес и MAC-адрес — это данные для доставки пакета одному узлу.

Для определения MAC-адреса назначения на узле источника используется протокол разрешения адресов (ARP). Процесс, который использует хост-источник для определения MAC-адреса назначения, связанного с адресом IPv6, называется Neighbor Discovery (ND).

Примечание: MAC-адрес источника всегда должен быть адресом одноадресной рассылки (индивидуальным).

7.2.5

MAC-адрес широковещательной рассылки

Кадр широковещательной передачи Ethernet принимается и обрабатывается каждым устройством в локальной сети Ethernet. Функции широковещательной сети Ethernet заключаются в следующем:

  • MAC-адрес назначения — это адрес FF-FF-FF-FF-FF-FF в шестнадцатеричном формате (48 разрядов в двоичном формате).
  • Он пересылается через все порты коммутатора Ethernet, кроме входящего порта.
  • Он не пересылается маршрутизатором.

Если инкапсулированные данные являются широковещательным пакетом IPv4, это означает, что пакет содержит целевой IPv4-адрес, который имеет все единицы (1) в хост-части. Эта нумерация в адресе означает, что все узлы в локальной сети (домене широковещательной рассылки) получат и обработают пакет.

Нажмите Воспроизвести в анимации, чтобы посмотреть, как обрабатывается широковещательный кадр. В этом примере MAC-адрес назначения и IP-адрес назначения являются широковещательным.

Анимация показывает исходный хост, отправляющий широковещательный пакет IPv4 на все устройства в его сети. Анимация показывает топологию, состоящую из компьютера с именем H1, связанного с коммутатором. Коммутатор имеет подключения к трем другим компьютерам и двум серверам. В нижней части анимации находится развернутый вид кадра Ethernet. Кадр состоит из MAC-адреса назначения FF-FF-FF-FF-FF-FF , MAC-адреса источника 00-07-E9-63-CE-53, IP-адреса источника 192.168.1.5, IP-адреса назначения 192.168.1.255, пользовательских данных и концевика. Часть кадра с IP-пакетами — это IP-адрес источника, IP-адрес назначения и данные пользователя. В анимации H1 говорит, что мне нужно отправить данные всем хостам в сети. Кадр отправляется с H1 на коммутатор. Коммутатор затем пересылает кадр через все его интерфейсы, кроме того, подключенного к H1. Три других хоста ПК и два сервера получают кадры.

Как показано в анимации, узел источника отправляет IPv4-пакет широковещательной рассылки на все устройства в сети. IPv4-адрес назначения (192.168.1.255) — это адрес широковещательной рассылки. Если IPv4-пакет широковещательной рассылки инкапсулирован в кадре Ethernet, MAC-адрес назначения является MAC-адресом широковещательной рассылки в шестнадцатеричном формате FF-FF-FF-FF-FF-FF (48 единиц в двоичном формате).

DHCP для IPv4 является примером протокола, который использует широковещательные адреса Ethernet и IPv4.

Однако не все широковещательные сети Ethernet имеют широковещательный пакет IPv4. Например, запросы ARP не используют протокол IPv4, но сообщение ARP отправляется как широковещательная сеть Ethernet.

7.2.6

MAC-адрес многоадресной рассылки

Кадр многоадресной передачи Ethernet принимается и обрабатывается группой устройств в локальной сети Ethernet, принадлежащих к той же группе многоадресной рассылки. Функции многоадресной рассылки Ethernet заключаются в следующем:

  • Существует MAC-адрес назначения 01-00-5E, когда инкапсулированные данные являются многоадресным пакетом IPv4, и MAC-адрес назначения 33-33, когда инкапсулированные данные являются многоадресным пакетом IPv6.
  • Существуют другие зарезервированные MAC-адреса назначения многоадресной рассылки для тех случаев, когда инкапсулированные данные не являются IP-адресами, например протокол STP и протокол обнаружения уровня канала (LLDP).
  • Он рассылается на все порты коммутатора Ethernet, за исключением входящего порта, если коммутатор не настроен для многоадресного отслеживания.
  • Он не пересылается маршрутизатором, если маршрутизатор не настроен на маршрутизацию многоадресных пакетов.

Если инкапсулированные данные являются многоадресным IP-пакетом, устройствам, которые принадлежат многоадресной группе, назначается IP-адрес многоадресной группы. Диапазон IPv4-адресов многоадресной рассылки — от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Диапазон IPv6-адресов многоадресной рассылки начинается с FF00:: /8. Поскольку адреса многоадресной рассылки представляют собой группу адресов (которая иногда называется также группой узлов), они используются только как адреса назначения пакета. Источник всегда имеет адрес одноадресной рассылки.

Как и в случае с адресами для одноадресной и широковещательной рассылки, IP-адресу для многоадресной рассылки требуется соответствующий MAC-адрес, чтобы фактически передавать кадры по локальной сети. MAC-адрес многоадресной рассылки связан и использует информацию адресации от адреса многоадресной рассылки IPv4 или IPv6.

Нажмите Воспроизвести, чтобы просмотреть, как обрабатывается многоадресный кадр. В этом примере MAC-адрес назначения и IP-адрес назначения являются многоадресными адресами.

Анимация показывает исходный хост, отправляющий многоадресный кадр устройствам, принадлежащим к группе многоадресной рассылки. Анимация имеет топологию, состоящую из компьютера с именем H1, связанного с коммутатором. Коммутатор имеет подключения к трем другим компьютерам и двум серверам. В нижней части анимации находится развернутый вид кадра Ethernet. Кадр состоит из MAC-адреса назначения MAC 01-00-5E-00-00-C8, MAC-адрес источник 00-07-E9-63-CE-53, IP-адрес источника 192.168.1.5, IP-адрес назначения 224.0.0.200, пользовательских данных и концевика. Часть кадра с IP-пакетами — это IP-адрес источника, IP-адрес назначения и данные пользователя. В анимации H1 говорит, что мне нужно отправить данные группе хостов в сети. Кадр отправляется с H1 на коммутатор. Коммутатор затем пересылает кадр только на устройства в группе многоадресной рассылки. Два из трех хостов ПК и один сервер получают многоадресный кадр.

Протоколы маршрутизации и другие сетевые протоколы используют многоадресную адресацию. Такие приложения, как программное обеспечение для обработки видео и изображений, также могут использовать многоадресную адресацию, хотя многоадресные приложения встречаются не так часто.

7.2.7

Лабораторная работа - Просмотр MAC-адресов сетевых устройств

В этой лабораторной работе вы выполните следующие задачи.

  • Часть 1: Настройка топологии и инициализация устройств
  • Часть 2: Настройка устройств и проверка подключения
  • Часть 3: Отображение, описание и анализ МАС-адресов Ethernet