【小菜学网络】MAC地址详解
上一小节介绍了以太网帧的结构,以及帧中各个字段的作用。参与以太网通讯的实体,由以太网地址唯一标识。以太网地址也叫做 MAC 地址,我们对它仍知之甚少。
以太网地址在不同场景,称谓也不一样,常用叫法包括这些:
- 以太网地址
- MAC 地址
- 硬件地址
- 物理地址
- 网卡地址
网卡
在以太网中,每台主机都需要安装一个物理设备并通过网线连接到一起:
这个设备就是 网卡 ( NIC ),网络接口卡 ( network interface card )的简称。有些文献也将网卡称为 网络接口控制器 ( network interface controller )。
从物理的层面看,网卡负责将比特流转换成电信号发送出去; 反过来,也负责将检测到的电信号转换成比特流并接收。
从软件的层面看,发送数据时,内核协议栈负责封装以太网帧(填充 目的地址 , 源地址 , 类型 和 数据 并计算 校验和),并调用网卡驱动发送; 接收数据时,负责验证 目的地址 、 校验和 并取出数据部分,交由上层协议栈处理。
每块网卡出厂时,都预先分配了一个全球唯一的 MAC地址 ,并烧进硬件。 不管后来网卡身处何处,接入哪个网络,MAC 地址均不变。 当然,某些操作系统也允许修改网卡的 MAC 地址。
MAC地址
MAC 地址由 6 个字节组成( 48 位),可以唯一标识 $2^{48}$ ,即 281474976710656 个网络设备(比如网卡)。
MAC 地址 6 个字节可以划分成两部分,如下图:
- 3 字节长的 厂商代码 ( OUI ),由国际组织分配给不同的网络设备商;
- 3 字节长的 序列号 ( SN ),由厂商分配给它生产的网络设备;
厂商代码和序列号都是唯一分配,因此 MAC 地址是 全球唯一 的。
冒分十六进制表示法
MAC 地址 6 个字节如何展示呢? 是否能够作为 ASCII 来解读并显示?
恐怕不能。一个字节总共有 8 个位,而 ASCII 只定义了其中的 7 位。况且 ASCII 中定义了很多控制字符,能显示的也只有字母、数字以及一些常用符号。以上述地址为例,只有 0x5B
这个字节是可以显示的,对应着字符 [
。
好在,我们可以用多个可读字符来表示一个原始字节。我们将一个字节分成两部分,高 4
位以及低 4
位,每部分可以用一个十六进制字符来表示。以 0x00
这个字节为例,可以用两个字符 00
表示:
这样一来,整个地址可以用一个 12 字节长的字符串表示: 0010A4BA875B
。 为了进一步提高可读性,可以在中间插入冒号 :
: 00:10:A4:BA:87:5B
。
这就是 冒分十六进制表示法 ( colon hexadecimal notation )。
注意到,冒分十六进制总共需要 17
个字节。 如果算上字符串结尾处的 \0
,将达到 18 个字节,原始 MAC 地址的整整 3 倍!顺便提一下,十六进制字母字符用大小写都可以。
网卡管理
Linux 上有不少工具命令可以查看系统当前接入的网卡以及每张网卡的详细信息。
首先是 ifconfig 命令,他默认显示已启用的网卡,详情中可以看到每张网卡的物理地址:
fasion@u2004 [ ~ ] ➜ ifconfig
enp0s3: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 10.0.2.15 netmask 255.255.255.0 broadcast 10.0.2.255
inet6 fe80::a00:27ff:fe49:50dd prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 08:00:27:49:50:dd txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 3702 bytes 4881568 (4.8 MB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 538 bytes 42999 (42.9 KB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
enp0s8: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500
inet 192.168.56.2 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.56.255
inet6 fe80::a00:27ff:fe56:831c prefixlen 64 scopeid 0x20<link>
ether 08:00:27:56:83:1c txqueuelen 1000 (Ethernet)
RX packets 4183 bytes 1809871 (1.8 MB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 2674 bytes 350013 (350.0 KB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536
inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0
inet6 ::1 prefixlen 128 scopeid 0x10<host>
loop txqueuelen 1000 (Local Loopback)
RX packets 679 bytes 1510416 (1.5 MB)
RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0
TX packets 679 bytes 1510416 (1.5 MB)
TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0
例子中,系统总共有 3 块已启用网卡,名字分别是 enp0s3 、 enp0s8 以及 lo 。其中 lo 是环回网卡,用于本机通讯。ether 08:00:27:49:50:dd
表明,网卡 enp0s3 的物理地址是 08:00:27:49:50:dd
。
请注意,ifconfig 是一个比较老旧的命令,正在慢慢淡出历史舞台。
ip 命令也可以查看系统网卡信息,默认显示所有网卡:
fasion@u2004 [ ~ ] ➜ ip link
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: enp0s3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
link/ether 08:00:27:49:50:dd brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
3: enp0s8: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
link/ether 08:00:27:56:83:1c brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
ip 命令输出信息比较紧凑, link/ether 08:00:27:49:50:dd
这行展示网卡的物理地址。
ip 命令是一个比较新的命令,功能非常强大。它除了可以用于管理网络设备,还可以用于管理路由表,策略路由以及各种隧道。因此,推荐重点学习掌握 ip 命令的用法。
编程获取网卡地址
如果程序中需要用到网卡地址,如何获取呢?
有个方法是执行 ip 命令输出网卡详情,然后从输出信息中截取网卡地址。例如:
fasion@u2004 [ ~ ] ➜ ip link show dev enp0s3 | grep 'link/ether' | awk '{print $2}'
08:00:27:49:50:dd
这种方法多用于 Shell 编程中。
更优雅的办法是通过套接字编程,直接向操作系统获取。Linux 套接字支持通过 ioctl 系统调用获取网络设备信息,大致步骤如下:
- 创建一个套接字,任意类型均可;
- 准备 ifreq 结构体,用于保存网卡设备信息;
- 将待查询网卡名填充到 ifreq 结构体;
- 调用 ioctl 系统调用,向套接字发起
SIOCGIFHWADDR
请求,获取物理地址; - 如无错漏,内核将被查询网卡的物理地址填充在 ifreq 结构体 ifr_hwaddr 字段中;
最后,附上一个完整的例子:
#include <net/if.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>
/**
* Convert binary MAC address to readable format.
*
* Arguments
* n: binary format, must be 6 bytes.
*
* a: buffer for readable format, 18 bytes at least(`\0` included).
**/
void mac_ntoa(unsigned char *n, char *a) {
// traverse 6 bytes one by one
sprintf(a, "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x", n[0], n[1], n[2], n[3], n[4], n[5]);
}
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc < 2) {
fprintf(stderr, "no iface given\n");
return 1;
}
// create a socket, any type is ok
int s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (-1 == s) {
perror("Fail to create socket");
return 2;
}
// fill iface name to struct ifreq
struct ifreq ifr;
strncpy(ifr.ifr_name, argv[1], 15);
// call ioctl to get hardware address
int ret = ioctl(s, SIOCGIFHWADDR, &ifr);
if (-1 == ret) {
perror("Fail to get mac address");
return 3;
}
// convert to readable format
char mac[18];
mac_ntoa((unsigned char *)ifr.ifr_hwaddr.sa_data, mac);
// output result
printf("IFace: %s\n", ifr.ifr_name);
printf("MAC: %s\n", mac);
return 0;
}
其中,mac_ntoa 函数调用字符串格式化函数 sprintf 将原始 MAC 地址转换成冒分十六进制形式。
【小菜学网络】系列文章首发于公众号【小菜学编程】,敬请关注:
【小菜学网络】MAC地址详解的更多相关文章
- 【小菜学网络】交换机与MAC地址学习
上一小节介绍了 集线器 ,一种工作于物理层的简单网络设备.由于集线器采用广播的方式中继.转发物理信号,传输效率受到极大制约. 精准转发 为了解决集线器工作效率低下的尴尬,我们需要设计一种更高级的网络设 ...
- IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》
2018-05-03 18:47:37 在学习IP地址和子网划分前,必须对进制计数有一定了解,尤其是二进制和十进制之间的相互转换,对于我们掌握IP地址和子网的划分非常有帮助,可参看如下目录详文. ...
- CAS (6) —— Nginx代理模式下浏览器访问CAS服务器网络顺序图详解
CAS (6) -- Nginx代理模式下浏览器访问CAS服务器网络顺序图详解 tomcat版本: tomcat-8.0.29 jdk版本: jdk1.8.0_65 nginx版本: nginx-1. ...
- 计算机网络基础之IP地址详解
计算机网络基础之IP地址详解 作者:尹正杰 版权声明:原创作品,谢绝转载!否则将追究法律责任. 一.IP地址概述 1>.什么是IP地址 我们为什么要使用逻辑地址(IP地址)来标识网络设备,而不采 ...
- Day02_IP地址详解&进制转换&DOS基本命令与批处理
学于千峰教育开源课程 感谢 千峰教育官网 b站在线视频 IP地址详解 一.简单局域网的构成 局域网:一般称为内网 简单局域网的构成:交换机.网线.PC(其他IT终端) 交换机:用来组建内网的局域网的设 ...
- Iperf3网络性能测试工具详解教程
Iperf3网络性能测试工具详解教程 小M 2020年4月17日 运维 本文下载链接 [学习笔记]Iperf3网络性能测试工具.pdf 网络性能评估主要是监测网络带宽的使用率,将网络带宽利用最大化是保 ...
- 【山外笔记-工具框架】iperf3网络性能测试工具详解教程
[山外笔记-工具框架]iperf3网络性能测试工具详解教程 本文下载链接 [学习笔记]iperf3网络性能测试工具.pdf 网络性能评估主要是监测网络带宽的使用率,将网络带宽利用最大化是保证网络性 ...
- Navicat Mac 快捷键详解
Navicat 是数据库管理工具,满足了大家对数据库的存储过程.事件.触发器.函数.视图等功能,并且支持MySQL.MariaDB.SQL Server.SQLite.Oracle 和 Postgre ...
- Android热门网络框架Volley详解[申明:来源于网络]
Android热门网络框架Volley详解[申明:来源于网络] 地址:http://www.cnblogs.com/caobotao/p/5071658.html
随机推荐
- CSS基础-列表
列表字体和间距 当创建样式列表时,需要调整样式,使其保持与周围元素相同的垂直间距和相互间的水平间距. 示例代码 /* 基准样式 */ html { font-family: Helvetica, ...
- web移动端点击穿透问题
在移动端开发的时候,我们有时候会遇到这样一个bug:点击关闭遮罩层的时候,遮罩层下面的带有点击的元素也会被触发,给人一种击穿了页面的感觉,这是为什么呢?主要是因为用户touch事件关闭按钮的时候,触发 ...
- 如何建一个SAM
部分改编自OI WIKI 先从一个简单的问题入手: 给定一个串,构造一个图,使其能够表示它的所有子串. 显然一个子串就是一个后缀的前缀.所以一个很显然的方式就是把所有后缀扔进trie里. 比如当前串是 ...
- 题解-Enemy is weak
Enemy is weak 求序列 \(a\{n\}\) 中的三元逆序对数量. 数据范围:\(3\le n\le 1e6\). 这题真是一道又好又水的题,可是我看别人的题解做法真是玄学难懂,于是蒟蒻要 ...
- 容器编排系统之Kubectl工具的基础使用
前文我们了解了k8s的架构和基本的工作过程以及测试环境的k8s集群部署,回顾请参考https://www.cnblogs.com/qiuhom-1874/p/14126750.html:今天我们主要来 ...
- mysql 5.7升级8.0
升级前准备: [root@node01 ~]# mysql -V mysql Ver 14.14 Distrib 5.7.25, for linux-glibc2.12 (x86_64) using ...
- JavaSE13-常用API&异常
1.包装类 1.1 基本类型包装类 基本类型包装类的作用 将基本数据类型封装成对象的好处在于可以在对象中定义更多的功能方法操作该数据 常用的操作之一:用于基本数据类型与字符串之间的转换 基本类型 包装 ...
- css精髓:这些布局你都学废了吗?
前言 最近忙里偷闲,给自己加油充电的时候,发现自己脑海中布局这块非常的凌乱混杂,于是花了一些时间将一些常用的布局及其实现方法整理梳理了出来,在这里,分享给大家. 单列布局 单列布局是最常用的一种布局, ...
- js--数组的filter()过滤方法的使用
前言 你还在通过for循环遍历数组吗?你还在遍历之后一项一项的通过if判断过滤你需要的数据吗?你还在写着一大堆代码实现一个简单的过滤数据功能吗?那么,今天他来了.他就是这里要介绍的es6中数组filt ...
- 快速理解Python异步编程的基本原理
第一个例子 假设你需要用电饭煲煮饭,用洗衣机洗衣服,给朋友打电话让他过来吃饭.其中,电饭煲需要30分钟才能把饭煮好,洗衣机需要40分钟才能把衣服洗好,朋友需要50分钟才能到你家.那么,是不是你需要在这 ...