MAC層的主要職責(zé)有哪些？（作用、功能及含義）

MAC层的定义

MAC层（Media Access Control，媒体访问控制）是OSI模型中数据链路层的一个重要组成部分，它位于物理层之上，主要负责控制与物理层的物理介质的交互。

MAC层的主要职责包括

• 帧的传输控制：MAC层定义了数据包如何在介质上进行传输，包括帧的格式、传输顺序、错误检测和纠正等。
• 物理寻址：MAC层负责物理寻址，即在传输数据时，通过MAC地址来识别目标设备。
• 线路控制：MAC层实施线路控制，确保数据在传输过程中的正确顺序和流量控制。
• 错误通知：MAC层提供错误通知功能，当数据在传输过程中出现错误时，能够及时通知上层协议。

MAC层的应用

MAC层在有线和无线局域网中都有着广泛的应用。在有线局域网中，MAC层标准通常遵循IEEE 802.3，采用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波监听多路访问/碰撞检测）的访问控制方式。而在无线局域网中，MAC层标准通常遵循IEEE 802.11，其工作方式采用DCF（Distributed Coordination Function，分布式协调函数）和PCF（Point Coordination Function，点协调功能）。

MAC层在OSI模型中处于哪个层次

MAC层，全称为介质访问控制层（Media Access Control），位于OSI模型的数据链路层。数据链路层是OSI参考模型中的第二层，位于物理层和网络层之间。MAC层的主要功能是控制与连接物理层的物理介质，负责在物理介质上控制数据包的传输，解决多路访问冲突，并提供流量控制。

MAC地址的基本作用

MAC地址（Media Access Control Address）是网络设备在物理层上的唯一标识符，它由6个字节（48位）的十六进制数字组成，通常使用冒号或连字符进行分隔。MAC地址由网络设备的制造商分配，并在设备制造过程中写入设备的网络接口卡中。前3个字节称为组织唯一标识符（OUI），由IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）分配给设备制造商，用于标识制造商的唯一编号。后3个字节是由设备制造商自行分配，用于标识设备的唯一编号。

MAC地址的主要作用

网络设备识别：MAC地址在局域网（LAN）中起到唯一标识设备的作用。当设备发送数据时，网络根据目标MAC地址将数据传送到正确的目标设备。

1. 网络安全：通过MAC地址，网络管理员可以实施访问控制策略，限制特定MAC地址的设备访问网络资源，增强网络的安全性。
2. 网络故障排除：当网络出现故障时，通过MAC地址可以定位和识别问题设备，帮助管理员进行故障排除和维修。
3. 数据链路层地址：在计算机网络中，MAC地址属于数据链路层地址。数据链路层是网络协议栈中的一层，它负责将数据包从一个网络节点传输到相邻节点。MAC地址在数据链路层起着重要的作用，它用于在局域网中寻址和传输数据包。
4. 局域网通信：MAC地址在局域网通信中起到关键作用。当计算机发送数据包时，它会将目标设备的MAC地址放入数据包头部。局域网中的网络设备会根据MAC地址来判断数据包是否是自己的，并将数据包传递给目标设备。
5. 网络设备管理：MAC地址也用于网络设备管理。网络管理员可以使用MAC地址来识别和管理网络中的设备。通过监控网络流量中的MAC地址，管理员可以追踪设备的活动，进行网络故障排除和性能优化。

MAC地址的特殊作用

• MAC地址表：MAC地址表记录了交换机学习到的其他设备的MAC与接口的对应关系，以及接口所属的VLAN等信息。设备在转发报文时，根据报文的目的MAC地址查询MAC地址表，如果查到了，则根据表项的出接口转发该报文，如果没查到，设备将采取广播方式在所属VLAN内除接收接口外的所有接口转发该报文。
• 端口安全：**端口安全（Port Security）功能将设备接口学习到的MAC地址变为安全MAC地址（包括安全动态MAC、安全静态MAC和Sticky MAC），可以阻止除安全MAC和静态MAC之外的主机通过本接口和设备通信，从而增强设备安全性。
• MAC地址表的学习维护：如果MAC地址表不存在该MAC，设备将这个新的MAC地址以及端口，VLAN ID加入到MAC表项里。若MAC地址表里已经存在，设备将对该表项进行更新。
• MAC地址表的漂移：当安全MAC地址数量达到限制，将不再学习MAC地址，并对接口或报文采取配置的保护动作，缺省情况下是丢弃该报文并上报告警。

综上所述，MAC地址在网络通信中扮演着至关重要的角色，不仅用于设备的唯一标识，还涉及到网络安全、设备管理、数据传输等多个方面。

CSMA/CD和DCF/PCF在MAC层中的含义

1、CSMA/CD

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）是一种媒体访问控制协议，主要用于有线网络中的以太网技术。它的工作原理是：在发送数据之前，节点首先检测信道是否空闲，如果空闲，则开始发送数据；如果信道忙碌，则等待。如果在发送数据的过程中检测到信道变得繁忙，表明发生了碰撞，此时节点停止发送数据，并等待一个随机时间后再次尝试发送。

2、DCF/PCF

DCF（Distributed Coordination Function）和PCF（Point Coordination Function）是无线局域网（WLAN）中的两种基本的MAC（Media Access Control）层工作模式。

• DCF：DCF是一种分布式协调功能，它基于CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）机制，适用于分布式网络。DCF模式下，节点在发送数据前需要进行信道监听，如果信道空闲，则发送RTS（Request to Send）请求，接收端回复CTS（Clear to Send）确认后，节点开始发送数据。如果在发送过程中未收到ACK（Acknowledgement）确认，则认为数据丢失，并重新发送。
• PCF：PCF是一种中心控制功能，建立在DCF工作方式之上，主要用于具备中央控制器的网络。PCF模式下，中心控制器负责统一调度网络中的节点，节点不必通过竞争即可使用媒介。PCF模式提供了无竞争服务，适用于实时数据传输，优先级仅次于控制帧。

在802.11e协议中，DCF被扩展为EDCA（Enhanced Distributed Channel Access）模式，PCF被扩展为HCCA（Hybrid Coordination Function Controlled Channel Access）模式，以支持更高级别的服务质量（QoS）。

MAC层的重要性

MAC层在网络通信中非常关键，它不仅确保了数据的有效传输，还通过合理的访问控制机制避免了数据传输过程中的冲突。此外，MAC层的物理寻址功能使得网络中的每个设备都能够被唯一识别，从而保证了数据的正确送达。

总结