lesson24-26计算机网络第三章精讲：从MAC地址到CSMA/CD，数据链路层核心知识一网打尽

第三章 Lesson 24 MAC地址（★★★★★）

这一课是第三章最重要的基础之一。

第一部分：什么是 MAC 地址？

先不要背定义。

先看一个生活中的例子。

假设你住在一个小区。

你的住址是：

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广东省 深圳市 南山区 XX小区 8栋302

这是你的住址。

但是，你还有一个东西：

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身份证号

身份证号：

网络中的设备也是一样。

每一台电脑：

都有一个：

MAC 地址。

它就像：

网卡的身份证号。

★★★★★

这是最好理解的方法。

第二部分：教材定义

教材定义：

MAC 地址是网络接口（网卡）的物理地址，由生产厂家写入网卡，一般情况下全球唯一。

考试喜欢考三个关键词：

✅ 物理地址

✅ 网卡地址

✅ 全球唯一（通常情况下）

第三部分：MAC 地址长什么样？

例如：

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00-1A-2B-3C-4D-5E

或者：

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00:1A:2B:3C:4D:5E

或者：

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001A.2B3C.4D5E

虽然写法不同，

但表示的是同一个 MAC 地址。

MAC 地址长度

★★★★★

一定要记。

MAC 地址：

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48 位

=

6 字节

考试最喜欢问：

MAC 地址长度是多少？

答案：

48 位（6 字节）

第四部分：MAC 地址是谁分配的？

很多同学会误认为：

Windows 分配？

不是。

路由器分配？

不是。

网络管理员分配？

也不是。

真正分配的是：

网卡生产厂家。

例如：

Intel
Realtek
Broadcom

厂家生产网卡时：

就已经把 MAC 地址写进去了。

所以：

一般情况下：

不会改变。

第五部分：为什么需要 MAC 地址？

来看一个局域网。

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┌────A
     │
   交换机
   │
┌──┴──┐
B     C

A：

想发给：

C。

交换机怎么知道：

应该发给谁？

答案：

看：

MAC 地址。

不是：

IP 地址。

这一点：

★★★★★

考试超级喜欢考。

第六部分：MAC 地址和 IP 地址有什么区别？（★★★★★）

这是全书最经典的比较题。

一定要会。

MAC 地址	IP 地址
物理地址	逻辑地址
网卡决定	网络管理员/DHCP 分配
一般固定	可以改变
数据链路层使用	网络层使用

★★★★★

这一张表：

必须背。

举个例子

你的电脑：

今天连接学校 WiFi：

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IP：

192.168.1.20

明天：

连接家里 WiFi：

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IP：

192.168.0.8

IP：

是不是变了？

但是：

MAC：

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00-1A-2B-3C-4D-5E

没有变。

因为：

网卡没换。

第七部分：MAC 地址结构（了解）

MAC 地址：

48 位。

前：

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24 位

表示：

厂家编号（OUI）。

例如：

Intel。

后：

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24 位

表示：

厂家自己编号。

例如：

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前24位：

Intel

后24位：

000001

所以：

组合起来：

全球唯一。

考试：

一般了解即可。

第八部分：广播 MAC 地址（★★★★★）

这一点：

考试非常喜欢。

广播地址：

固定：

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FF-FF-FF-FF-FF-FF

★★★★★

表示：

发送给局域网所有设备。

例如：

A：

发送：

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目的MAC：

FF-FF-FF-FF-FF-FF

交换机：

就会：

向所有端口转发。

第九部分：单播、广播、多播

这是考试高频。

单播（Unicast）

一个发送。

一个接收。

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A

↓

B

广播（Broadcast）

一个发送。

所有接收。

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B

      ↑

A → 全部

      ↓

      C

MAC：

就是：

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FF-FF-FF-FF-FF-FF

多播（Multicast）

一个发送。

部分接收。

例如：

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A

↓

B

↓

C

D：

不接收。

了解即可。

第十部分：交换机为什么认识 MAC？

交换机：

里面：

有一张表。

以后：

Lesson 27：

详细讲。

例如：

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MAC地址

↓

端口1

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MAC地址

↓

端口2

交换机：

查表。

知道：

发哪里。

所以：

交换机：

工作依据：

★★★★★

MAC 地址。

第十一部分：MAC 与 IP 的关系（★★★★★）

很多同学会问：

"到底发送数据时用 MAC 还是 IP？"

答案是：

两个都要用！

来看数据封装：

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应用层数据
      │
      ▼
网络层
加入IP地址
      │
      ▼
数据链路层
加入MAC地址
      │
      ▼
形成帧

也就是说：

IP 地址 负责找到 目标网络 （大方向）。
MAC 地址 负责找到 局域网中的具体设备 （最后一跳）。

现在你先记住这个结论。

为什么？

等第四章学 ARP 协议 时，你会彻底明白：

IP 地址是"要找谁"，MAC 地址是"怎么把帧送到它手里"。

第十二部分：本课总结（★★★★★）

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MAC地址
│
├── 物理地址
├── 网卡唯一标识
├── 48位（6字节）
├── 厂家写入
├── 数据链路层使用
├── 交换机依据MAC转发
└── 广播地址：
    FF-FF-FF-FF-FF-FF

第三章 Lesson 25 以太网（★★★★★）

考试重要程度：

⭐⭐⭐⭐⭐

第一部分：什么是以太网？

先看一个场景。

一个办公室里有很多电脑：

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A
        │
        │
B ─── 交换机 ─── C
        │
        │
        D

这些电脑需要互相通信。

于是就需要一套统一的规则：

这套规则就叫：

以太网（Ethernet）

教材定义

以太网是一种局域网（LAN）技术标准。

★★★★★

关键词：

局域网
技术标准

第二部分：为什么叫"以太网"？

以前科学家认为：

光是在一种叫"以太"（Ether）的介质中传播。

后来虽然证明这种理论不成立，

但这个名字保留了下来。

所以：

Ethernet

翻译成：

以太网。

考试不会深究，了解即可。

第三部分：以太网特点（★★★★★）

教材经常总结为四点。

① 使用 MAC 地址

是不是上一课刚学？

例如：

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A：

00-11-22-33-44-55

发送给：

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B：

AA-BB-CC-DD-EE-FF

交换机：

就是根据：

MAC 地址：

转发。

② 数据单位是帧

物理层：

传：

Bit（比特）

数据链路层：

传：

Frame（帧）

以太网：

也是：

帧。

③ 广播机制

例如：

目的 MAC：

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FF-FF-FF-FF-FF-FF

交换机：

广播。

所有设备：

都会收到。

④ 应用最广

今天：

办公室。

学校。

公司。

几乎：

全部：

都是：

以太网。

★★★★★

考试：

经常问：

当前局域网最广泛采用的是？

答案：

以太网。

第四部分：以太网帧格式（★★★★★）

这一张图：

考试：

必考。

先整体看。

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┌──────┬──────┬──────┬────────┬──────┐
│目的MAC│源MAC│类型  │ 数据   │ FCS │
└──────┴──────┴──────┴────────┴──────┘

不用怕。

我们一个一个拆。

① 目的 MAC 地址

例如：

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AA-BB-CC-DD-EE-FF

告诉交换机：

发给谁。

② 源 MAC 地址

例如：

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00-11-22-33-44-55

告诉别人：

是谁发送的。

③ 类型（Type）

告诉接收方：

数据是什么。

例如：

IPv4
IPv6
ARP

考试一般知道作用即可。

④ 数据（Data）

真正的数据。

例如：

IP 数据报。

⑤ FCS

是不是很熟悉？

就是：

上一课学的：

CRC 校验值。

放在：

尾部。

第五部分：为什么目的地址放前面？

很多学生都会问：

为什么：

不是：

先写源地址？

原因很简单。

交换机收到一个帧：

第一件事就是：

我要发给谁？

所以：

先看：

目的 MAC。

这样：

转发效率更高。

第六部分：PPP 和以太网有什么区别？（★★★★★）

这是考试高频比较题。

PPP	以太网
点对点	多点共享（局域网）
Flag 定界	以太网帧格式
地址字段固定	使用真实 MAC 地址
常用于拨号	常用于局域网

★★★★★

一定要分清。

第七部分：以太网最小帧长（★★★★★）

这是一个容易考的数字。

规定：

以太网最小帧长：64 字节。

为什么？

我们先记住。

下一课：

讲 CSMA/CD 时，

你就会知道原因。

最大帧长

一般：

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1518 字节

考试：

了解即可。

重点还是：

64 字节。

第八部分：为什么不能太短？

举个例子。

如果：

刚发送：

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A → B

第一位：

还没传播出去。

发送结束了。

那：

如果发生冲突。

发送方：

还能发现吗？

不能。

所以：

规定：

最少：

64 字节。

这样：

保证：

发送过程中：

还能检测冲突。

★★★★★

这一点，

下一课：

CSMA/CD

就彻底理解了。

第九部分：以太网通信过程

来看完整流程。

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应用层数据

↓

IP 数据报

↓

加入目的 MAC

↓

加入源 MAC

↓

加入 CRC(FCS)

↓

形成以太网帧

↓

发送

↓

交换机

↓

目的主机

是不是：

已经把前几课全部串起来了？

第十部分：本课总结（★★★★★）

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以太网
│
├── 局域网标准
├── 使用MAC地址
├── 数据单位：帧
├── FCS（CRC）
├── 最小帧长：64字节
└── 当前应用最广

第十一部分：这一课和后面有什么关系？

下面这几课其实是一条完整的主线：

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MAC 地址
      │
      ▼
以太网帧
      │
      ▼
CSMA/CD（解决冲突）
      │
      ▼
交换机（根据 MAC 转发）
      │
      ▼
VLAN（划分广播域）

也就是说：

我们已经完成了：

✅ MAC 地址

✅ 以太网

接下来要解决一个问题：

如果两台电脑同时发送数据怎么办？

这就是：

CSMA/CD。

第三章 Lesson 26 CSMA/CD（★★★★★）

考试重要程度：

⭐⭐⭐⭐⭐

第一部分：为什么会发生冲突？

先回到 早期的以太网 。

注意，不是现在的交换机网络。

而是以前大家共用一根网线。

例如：

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A
 \
  \
======== 一根共享网线 ========
  /
 /
B

A 和 B：

共用：

同一条线路。

假设：

A：

准备发送。

同时。

B：

也准备发送。

例如：

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A：

Hello

与此同时：

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B：

World

两个信号：

一起进入网线。

结果：

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Hello

+

World

↓

乱码

这就是：

冲突（Collision）。

★★★★★

考试：

经常考。

第二部分：怎么避免冲突？

科学家想了一个办法。

和现实生活一样。

举个例子。

假设：

宿舍里：

四个人。

如果：

大家：

同时讲话。

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A：

......

B：

......

C：

......

D：

......

是不是：

谁都听不清？

怎么办？

正确方法：

先听。

没人说。

再开口。

网络：

也是一样。

于是：

出现了：

CSMA/CD。

第三部分：CSMA/CD是什么意思？

英文：

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

不用背英文。

考试：

一般考中文。

拆开来看。

CS（Carrier Sense）

意思：

载波监听。

★★★★★

也就是：

发送之前：

先听。

线路：

有没有人在发送。

例如：

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线路：

空闲

可以发。

如果：

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线路：

有人发送

等待。

一句口诀：

先听后说。

★★★★★

MA（Multiple Access）

意思：

多点接入。

什么意思？

很多电脑：

都能接入：

同一条线路。

例如：

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A

B

C

D

大家：

共用：

一根网线。

所以：

叫：

多点接入。

CD（Collision Detection）

意思：

冲突检测。

发送的时候：

不能只顾着发。

还要：

一直监听。

看看：

有没有别人：

同时发送。

一句口诀：

边说边听。

★★★★★

这是考试最经典的口诀。

第四部分：CSMA/CD 工作过程（★★★★★）

整个流程非常重要。

建议记住。

第一步

监听线路。

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线路：

空闲

↓

发送。

第二步

发送过程中：

继续监听。

例如：

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正在发送......

突然：

发现：

别人：

也在发送。

↓

发生：

冲突。

第三步

立即停止发送。

★★★★★

不要继续发。

否则：

冲突越来越严重。

第四步

发送：

干扰信号（Jam）。

告诉：

所有设备：

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刚刚发生冲突！

第五步

等待一段：

随机时间。

然后：

重新发送。

整个流程：

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监听

↓

发送

↓

检测冲突

↓

停止发送

↓

发送Jam

↓

随机等待

↓

重新发送

★★★★★

考试：

特别喜欢画流程图。

第五部分：为什么要随机等待？

很多学生：

都会问。

为什么：

不能：

马上重发？

举例。

A：

冲突。

B：

也冲突。

如果：

两个人：

立刻：

重新发送。

是不是：

又冲突？

所以：

必须：

随机等待。

例如：

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A：

等2秒

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B：

等5秒

这样：

就不会：

再次：

同时发送。

第六部分：二进制指数退避算法（★★★★★）

教材：

这个名字：

特别吓人。

其实：

思想：

很简单。

第一次：

冲突。

随机：

等：

0 或 1。

第二次：

冲突。

随机：

等：

0～3。

第三次：

冲突。

随机：

等：

0～7。

是不是：

等待范围：

越来越大？

所以：

冲突：

越来越少。

★★★★★

考试：

一般：

知道：

名字。

理解：

随机等待。

即可。

第七部分：为什么最小帧长是64字节？（★★★★★）

终于来了！

上一课：

留下的坑。

今天：

填上。

假设：

网线：

特别长。

A：

刚开始发送。

第一位：

还没到：

B。

A：

已经：

发送结束。

如果：

这时候：

B：

开始发送。

发生冲突。

A：

还能发现吗？

不能。

所以：

必须：

保证：

发送时间：

足够长。

让：

最远处：

发生冲突。

还能：

传回来。

于是：

规定：

最小：

64字节。

★★★★★

这就是：

为什么：

不能：

太短。

第八部分：CSMA/CD适用于哪里？

★★★★★

这是：

考试：

非常喜欢考。

答案：

共享式以太网（总线型）。

例如：

以前：

集线器（Hub）。

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A

↓

Hub

↓

B

会：

冲突。

现在：

交换机。

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A

↓

Switch

↓

B

全双工。

几乎：

没有冲突。

所以：

现代交换机网络一般不再使用 CSMA/CD。

★★★★★

这是近几年考试很喜欢考的知识点。

第九部分：Hub 与 Switch 对比（★★★★★）

Hub（集线器）	Switch（交换机）
广播所有端口	定向转发
容易冲突	基本无冲突
半双工	全双工
使用 CSMA/CD	一般不用 CSMA/CD

★★★★★

一定会比较。

第十部分：本课总结（★★★★★）

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CSMA/CD
│
├── CS：载波监听（先听后说）
├── MA：多点接入
├── CD：冲突检测（边说边听）
│
├── 冲突→停止发送
├── Jam信号
├── 随机等待
└── 重新发送

第十一部分：第三章知识开始串起来了！

现在你已经可以把整个数据链路层连成一条线：

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数据

↓

封装成帧

↓

MAC地址

↓

CRC

↓

形成以太网帧

↓

CSMA/CD（共享介质时避免冲突）

↓

交换机

↓

目的主机

是不是越来越有整体感了？