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tags: [计算机网络, MAC地址, 广播域, 组播, OUI]
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# MAC 地址与广播域
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## 概述
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MAC（Media Access Control）地址是数据链路层的物理地址，为全球每台联网设备的每个网络接口分配一个唯一标识。理解 MAC 地址的范围边界——**广播域**——是网络规划的基础。
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## MAC 地址结构
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### OUI + NIC Serial
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```
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┌───────────────┬───────────────┐
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│ OUI (3B) │ NIC Serial │
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│ IEEE 分配 │ 厂商自定 │
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│ │ │
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│ AA:BB:CC │ DD:EE:FF │
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└───────────────┴───────────────┘
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```
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- **OUI** (Organizationally Unique Identifier): 前 3 字节由 IEEE 分配给厂商
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- **NIC Serial**: 后 3 字节由厂商自行分配给具体网卡
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### 寻址类型位
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第一个字节的最低比特位（LSB）决定类型：
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| 位模式 | 类型 | 示例 |
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|--------|------|------|
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| `xx:xx:xx:xx:xx:xx` — LSB=0 | 单播 (Unicast) | `a0:88:b4:12:34:56` |
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| `01:00:5e:xx:xx:xx` — LSB=1 | IPv4 组播 | 特定多播组 |
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| `ff:ff:ff:ff:ff:ff` | 广播 (Broadcast) | 全网段广播 |
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## 广播域（Broadcast Domain）
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### 定义
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**广播域**是指广播帧能到达的所有设备的集合。在一个广播域内，一个设备发出的 ARP 请求或 DHCP Discover 能被该域内所有其他设备收到。
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### 哪些网络设备处理/转发广播？
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| 设备 | 是否转发广播帧？ | 说明 |
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|------|----------------|------|
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| Hub（集线器） | ✅ 复制转发到所有端口 | 相当于延长网线，扩大冲突域也扩大广播域 |
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| Switch（交换机） | ✅ 转发到除接收口外的所有端口 | **同一 VLAN 内广播不隔离** |
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| Router（路由器） | ❌ 不转发 | 天然隔离广播域，每个接口独立广播域 |
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| Firewall（防火墙） | ⚙️ 可配置 | 默认通常丢弃 |
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```mermaid
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flowchart LR
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A["PC-A<br/>IP:192.168.1.10"] -->|"ARP广播"| B[Switch<br/>VLAN 10]
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B -->|"ARP广播"| C["PC-B<br/>192.168.1.20"]
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B -->|"ARP广播"| D["PC-C<br/>192.168.1.30"]
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B --"不转发"--> E[Router<br/>VLAN 20]
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E --> F["PC-D<br/>192.168.2.10"]
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style A fill:#DDA0DD,color:#000
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style E fill:#FF6B6B,color:#fff
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```
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**结论：** Switch 内部不隔离广播域，只有 Router（或三层交换机）的 VLAN 接口才能隔离广播。这就是为什么大型网络需要划分 VLAN。
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## 二层转发 vs 三层转发
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### ARP 解析流程（跨网段的情况）
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```mermaid
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sequenceDiagram
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participant Src as PC-A<br/>192.168.1.10
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participant GW as 网关 Router<br/>eth0: 192.168.1.1<br/>eth1: 192.168.2.1
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participant Dst as PC-D<br/>192.168.2.10
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Src->>Dst: IP包 → 但目的MAC设为谁的？
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Note over Src: 发现 dst不在同一子网,<br/>交给默认网关
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Src->>GW: ARP "192.168.1.1是谁？"<br/>(局域网内广播)
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GW-->>Src: ARP回复 "我是! eth0 MAC=aa:bb:cc:dd:ee:01"
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Note over Src,Dst: 源MAC=Src MAC<br/>目的MAC=Gateway MAC<br/>目标IP=Remote IP
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Src->>GW: Frame[EthHdr(Dst=GW_mac)|IP(src_ip,dst_ip)]
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Note over GW: Strip Ethernet → 查路由表 → 重封帧
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GW->>Dst: Frame[EthHdr(Dst=Dst_mac)|IP(src_ip,dst_ip)]
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Note over GW: src MAC 变成了 Gateway MAC!<br/>MAC 逐跳改写，IP 不变
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```
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### 关键规律总结
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| 层级 | 地址变化 | 跨越范围 |
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|------|---------|---------|
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| IP 地址（第3层） | **保持不变**（除非 NAT） | 端到端，从源到终点 |
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| MAC 地址（第2层） | **每跳改写** | 只服务于当前链路（两台相邻设备之间） |
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## MAC 地址表（Switch CAM 表）
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### Switch 如何学习 MAC？
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```mermaid
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flowchart TD
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S["Switch 启动"] --> L["清空 MAC 表"]
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L --> R["收到帧 Port1"]
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R --> Learn["提取 Src MAC → 记录: mac→port1"]
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Learn --> Fwd{"已知目的 MAC?"}
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Fwd -->|"是"| Forward["仅转发到对应端口"]
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Fwd -->|"否"| Flood["泛洪到所有其他端口"]
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```
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### 查看 MAC 表
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```bash
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# Linux Bridge / 大多数交换机等价命令
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$ bridge fdb show
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aa:bb:cc:dd:ee:01 dev eth0 master br0 permanent
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aa:bb:cc:dd:ee:ff dev eth1 vlan 10 self permanent
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# 传统命令
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$ arp -a # 查看 ARP 缓存（IP → MAC 映射）
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$ ip neigh # 等价于 arp，更现代
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### MAC 表老化
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MAC 表条目有超时时间（通常 300 秒），超时后自动删除，等待下一帧到来重新学习。这防止了表中堆积无效条目。
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## 广播风暴与防范
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### 什么是广播风暴？
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当广播帧在网络中无限循环（如物理环路未启用 STP）时，每个交换机会不断泛洪，最终耗尽带宽。
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### 防范措施
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| 措施 | 说明 |
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| **STP/RSTP/MSTP** | 生成树协议，自动阻断环路端口 |
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| **VLAN 划分** | 缩小广播域规模 |
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| **BPDU Guard** | 在接入端口禁用 STP 协议包 |
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| **广播速率限制** | Switch 端口限速广播流量 |
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| **IP 亚网划分** | 减少每个广播域内的主机数 |
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> [!tip] 最佳实践
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> 生产网络的广播域规模建议不超过 `/23`（510 台主机）。超过就应考虑划分 VLAN，用三层路由互联。
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## 关联笔记
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- [[hhs/NETWORK/Ethernet帧结构]] — 以太网帧的目的/源 MAC 字段
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- [[hhs/NETWORK/VLAN与Trunk]] — VLAN 如何进一步隔离广播域
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- [[hhs/NETWORK/ARP协议完整流程]] — MAC 地址的动态解析过程
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