MAC 地址 - 技术栈

一、MAC 地址基础

1. 什么是 MAC 地址？

MAC 地址（媒体访问控制地址）是网络设备网卡的物理地址，用于在局域网内唯一标识一台设备，核心特性如下：

格式：由 6 字节（48 位）十六进制数组成，分为前 3 字节（厂商标识 OUI）和后 3 字节（设备序列号），格式如 00:11:22:33:44:55（冒号分隔，也可用连字符 -）；
固化性：出厂时写入网卡 ROM，理论上全球唯一（可通过软件修改，非物理固化）；
作用范围：仅局限于局域网（同一广播域），跨网段通信时会被网关替换，无法传递到外网。

2. MAC 地址的核心分类

根据传输范围和用途，MAC 地址分为三类，对应不同通信场景：

单播 MAC 地址：最常用，目标为单一设备，前 3 字节的最低位为 0（如 00:11:22:33:44:55），用于点对点通信（如两台电脑局域网传文件）；
广播 MAC 地址：全局广播，地址为 FF:FF:FF:FF:FF:FF，发送方发送后，局域网内所有设备都会接收（如 ARP 请求、DHCP Discover 报文）；
多播 MAC 地址：目标为一组设备，前 3 字节的最低位为 1（如 01:00:5E:00:00:01），用于一对多通信（如组播视频流、路由协议报文）。

3. MAC 与 IP 的核心区别

MAC 地址和 IP 地址共同完成网络通信，二者定位不同，核心区别可通过表格清晰区分：'

|------|------------------|----------------------|
| 对比维度 | MAC 地址（物理地址） | IP 地址（逻辑地址） |
| 所属层级 | 数据链路层 | 网络层 |
| 作用范围 | 局域网（广播域内） | 跨网段（互联网全局） |
| 分配方式 | 厂商预分配，理论唯一 | 手动配置或 DHCP 自动分配（可修改） |
| 核心用途 | 局域网内数据帧投递 | 跨网段设备定位 |
| 变更特性 | 设备不变则地址不变（可软件修改） | 更换网络（如切换 WiFi）时可能变更 |

4. MAC 地址在通信中的作用

结合之前讲过的 ARP 协议，MAC 地址在局域网通信中的流程可串联为：

应用层发起请求（如访问同网段设备），仅知晓目标 IP 地址；
通过 ARP 协议查询目标 IP 对应的 MAC 地址，获取后封装到以太网帧头；
以太网帧以 "目标 MAC 地址" 为标识，在局域网内传输，交换机根据 MAC 地址表转发帧到目标设备；
目标设备接收帧后，核对帧头的目标 MAC 地址，匹配则接收解析，不匹配则丢弃。

二、MAC 地址高频考点

1. MAC 地址的长度、格式及组成？

48 位（6 字节）十六进制数，格式为 XX:XX:XX:XX:XX:XX；前 3 字节为厂商标识（OUI），后 3 字节为设备序列号，全球唯一。

2. MAC 地址能跨网段传输吗？为什么？

不能。跨网段通信需经过网关（路由器），路由器会剥离原以太网帧头（含源 / 目标 MAC），重新封装网关的 MAC 地址转发，原设备 MAC 无法传递到其他网段。

3. 交换机是如何通过 MAC 地址转发数据的？

交换机维护 MAC 地址表（MAC→端口映射），接收帧后读取目标 MAC，若表中存在对应端口则单播转发，不存在则广播转发；同时记录源 MAC 与接入端口，更新地址表。

4. MAC 地址可以修改吗？如何修改？

可以（软件层面）。① Linux：通过 ifconfig 或 ip link 命令临时修改，重启失效；② Windows：在网卡属性→高级→网络地址中手动设置；注意：修改后仅局域网内生效，且需避免与其他设备冲突。

5. 为什么需要 ARP 协议？与 MAC 地址的关联是什么？

用层仅知晓目标 IP，而局域网传输依赖 MAC 地址，ARP 协议的核心作用就是 "IP 地址到 MAC 地址的映射"，为以太网帧封装提供目标 MAC，衔接网络层与数据链路层。

6. 广播 MAC 地址的应用场景有哪些？

① ARP 请求报文（查询目标 IP 对应的 MAC）；② DHCP 自动获取 IP（客户端发送广播请求 IP）；③ 局域网内无目标 MAC 映射时，交换机广播转发帧。

7. 跨网段通信时，目标 MAC 是最终设备的 MAC？

跨网段时，目标 MAC 为网关的 MAC，原设备 MAC 仅在本地局域网有效；

8. MAC 地址绝对唯一且不可修改？

理论上唯一，可通过软件临时修改（非物理层面），修改后需注意局域网内冲突；

9. MAC 地址和网卡一一对应？

一台设备可能有多个网卡（有线、无线），每个网卡对应一个独立 MAC 地址。

三、MAC 地址获取与解析

1. 环境与依赖

Linux 环境：无需额外库，通过系统调用读取网卡信息（如 /sys/class/net 目录或 ioctl 函数）；
Windows 环境：调用系统 API（如 IP_ADAPTER_INFO 结构体），无需第三方库；
核心思路：分别实现 Linux/Windows 下的本地 MAC 获取、以太网帧中 MAC 解析，代码加详细注释，确保小白可复现。

2. Linux 下获取本地网卡 MAC 地址

实现功能：遍历本地网卡（如 eth0、wlan0），获取并输出对应网卡的 MAC 地址，适配小白操作。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
<netinet/in.h<net/if.h>
#include <arpa/inet.h>

// 获取指定网卡的MAC地址
std::string get_linux_mac(const std::string& ifname) {
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
       < "创建套接字失败：" << strerror(errno) << std::endl;
        return "";
    }

    struct ifreq ifr;
    memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
    strncpy(ifr.ifr_name, ifname.c_str(), IFNAMSIZ - 1); // 传入网卡名称

    // 通过ioctl获取网卡MAC地址
    if (ioctl(sockfd, SIOCGIFHWADDR, &ifr) < 0) {
       < "获取< "MAC地址失败：" << strerror(errno) << std::endl;
        close(sockfd);
        return "";
    }

    close(sockfd);

    // 格式化MAC地址（将二进制转为十六进制，加冒号分隔）
    unsigned char* mac = (unsigned char*)ifr.ifr_hwaddr.sa_data;
    char mac_str[20];
    snprintf(mac_str, sizeof(mac_str), "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
             mac[0], mac[1], mac[2], mac[3], mac[4], mac[5]);

    return mac_str;
}

int main() {
    std::string ifname;
    std::cout << "请输入要查询的网卡名称（如eth0、wlan0）：";
    std::cin >> ifname;

    std::string mac = get_linux_mac(ifname);
    if (!mac.empty()) {
       < ifname< " 的MAC地址：< std::endl;
    }

    return 0;
}

编译与运行（Linux）

编译命令：g++ linux_mac_get.cpp -o linux_mac_get；
运行：./linux_mac_get，输入网卡名称（可通过 ifconfig 查看网卡列表），即可输出 MAC 地址。

3. Windows 下获取本地网卡 MAC 地址

Windows 下通过 API 读取网卡适配器信息，代码简洁，小白可直接用 VS 编译运行：

cpp 复制代码

<windows.h>
<iphlpapi<icmpapi.h>

// 链接IP辅助库
#pragma comment(lib, "iphlpapi.lib")

// 获取所有网卡的MAC地址及对应IP
void get_windows_mac() {
    DWORD buf_len = 0;
    // 先获取所需缓冲区大小
    GetAdaptersInfo(nullptr, &buf_len);
    IP_ADAPTER_INFO* adapter_info = (IP_ADAPTER_INFO*)malloc(buf_len);
    if (adapter_info == nullptr) {
        std< "内存分配< std::endl;
        return;
    }

    // 读取网卡信息
    if (GetAdaptersInfo(adapter_info, &buf_len) != ERROR_SUCCESS) {
        std::cerr << "获取网卡信息失败"< std::endl;
        free(adapter_info);
        return;
    }

    IP_ADAPTER_INFO* adapter = adapter_info;
    int index = 1;
    while (adapter != nullptr) {
        // 过滤掉环路地址、无效网卡
        if (adapter->Type != MIB_IF_TYPE_ETHERNET || strcmp(adapter->IpAddressList.IpAddress.String, "") == 0) {
            adapter = adapter->Next;
            continue;
        }

        // 格式化MAC地址
        char mac_str[20];
        unsigned char* mac = adapter->Address;
        snprintf(mac_str, sizeof(mac_str), "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
                 mac[0], mac[1], mac[2], mac[3], mac[4], mac[5]);

        // 输出网卡信息
        std< "网卡" << index++ << ":" << std::endl;
       < " < adapter< std::endl;
        std::< "  IP地址< adapter->IpAddressList.IpAddress.String< std::endl;
< "  MAC地址：" << std::endl< std::endl;

        adapter = adapter->Next;
    }

    free(adapter_info);
}

int main() {
    std::cout << "本地网卡信息（MAC+IP）：" << std::endl;
    get_windows_mac();
    return 0;
}

编译与运行（Windows）

环境：Visual Studio 或 MinGW；
编译：创建控制台项目，粘贴代码编译（自动链接 iphlpapi.lib）；
运行：双击 exe 文件，直接输出所有以太网网卡的 MAC 地址和对应 IP，无需手动输入网卡名称。

4. 解析以太网帧中的 MAC 地址（结合 libpcap）

基于 libpcap 抓包，解析以太网帧头中的源 / 目标 MAC 地址，衔接之前 ARP、ICMP 的抓包逻辑，深化实战能力：

cpp 复制代码

#include <pcap.h>
#include <netinet/if_ether.h>
#include <cstring>

// 回调函数：解析捕获到的以太网帧
void packet_handler(u_char* user_data, const struct pcap_pkthdr* pkthdr, const u_char* packet) {
    // 以太网帧头长度为14字节（目标MAC6字节+源MAC6字节+帧类型2字节）
    if (pkth< 14) return;

    // 解析以太网帧头
    const struct ether_header* eth_header = (const struct ether_header*)packet;
    unsigned char* dst_mac = eth_header->ether_dhost; // 目标MAC
    unsigned char* src_mac = eth_header->ether_shost; // 源MAC
    uint16_t eth_type = ntohs(eth_header->ether_type); // 帧类型（如ARP=0x0806，IP=0x0800）

    // 格式化MAC地址
    char dst_mac_str[20], src_mac_str[20];
    snprintf(dst_mac_str, sizeof(dst_mac_str), "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
             dst_mac[0], dst_mac[1], dst_mac[2], dst_mac[3], dst_mac[4], dst_mac[5]);
    snprintf(src_mac_str, sizeof(src_mac_str), "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
             src_mac[0], src_mac[1], src_mac[2], src_mac[3], src_mac[4], src_mac[5]);

    // 输出解析结果
   < "捕获< std::endl;
    std< "  < dst< std::endl;
    std::< "  源< src_m< std::endl;
    std::cout< "  帧类型< std::hex << eth_type << std::< std::endl;
}

int main() {
    char err_buf[PCAP_ERRBUF_SIZE];
    pcap_if_t* alldevs, *dev;

    // 获取本地网卡设备
    if (pcap_findalldevs(&alldevs, err_buf) == -1) {
        std::cerr << "获取网卡设备失败：< std::endl;
        return -1;
    }
    dev = alldevs;
    std< "使用网卡< dev->name< std::endl;

    // 打开网卡，混杂模式抓包
    pcap_t* handle = pcap_open_live(dev->name, BUFSIZ, 1, 1000, err_buf);
    if (handle == nullptr) {
       < "打开< err< std::endl;
        pcap_freealldevs(alldevs);
        return -1;
    }
    pcap_freealldevs(alldevs);

    // 开始抓包（循环捕获10个帧后退出）
    std::< "开始抓包，共捕获10个< std::endl;
    pcap_loop(handle, 10, packet_handler, nullptr);

    pcap_close(handle);
    return 0;
}

编译与运行（Linux）

依赖：安装 libpcap 库，命令 sudo apt-get install libpcap-dev；
编译：g++ mac_parse.cpp -o mac_parse -lpcap；
运行（需 root 权限）：sudo ./mac_parse，捕获 10 个以太网帧并解析源 / 目标 MAC。

5. 扩展

局域网 MAC 扫描：结合 ARP 协议，发送 ARP 广播请求，收集响应设备的 IP-MAC 映射，实现设备扫描工具；
MAC 地址过滤：抓包时过滤指定 MAC 地址的报文，仅保留目标设备的通信数据；
跨平台封装：用条件编译整合 Linux/Windows 代码，实现一份代码获取双系统网卡 MAC；
MAC 绑定检测：对比本地存储的合法 MAC 列表，检测局域网内是否有非法设备接入。