一，MAC
MAC是媒體訪問控制器。以太網MAC由IEEE-802.3以太網標准定義。它實現了數據鏈路層。最新的MAC同時支持10/100/1000Mbps速率。通常情況下，它實現MII/GMII/RGMII接口，來同行業標准PHY器件實現接口。
MAC由硬件控制器及MAC通信協議構成。該協議位於OSI七層協議中數據鏈路層的下半部分，它主要負責與物理層進行數據交接，如是否可以發送數據，發送的數據是否正確，對數據流進行控制等。
它自動對來自上層的數據包加上一些控制信號，交給物理層。接收方得到正常數據時，自動去除 MAC 控制信號，把該數據包交給上層。
。MAC硬件框圖如下圖所示：
在發送數據的時候，MAC協議可以事先判斷是否可以發送數據，如果可以發送將給數據加上一些控制信息，最終將數據以及控制信息以規定的格式發送到物理層；在接收數據的時候，MAC協議首先判斷輸入的信息並是否發生傳輸錯誤，如果沒有錯誤，則去掉控制信息發送至LLC(邏輯鏈路控制)層。該層協議是以太網MAC由IEEE-802. 3以太網標准定義。一般以太網MAC芯片的一端連接PCI總線，另一端連接PHY芯片上通過MII接口連接。
擴展
以太網數據鏈路層其實包含MAC(介質訪問控制)子層和LLC(邏輯鏈路控制)子層。一塊以太網卡MAC芯片的作用不但要實現MAC子層和LLC子層的功能，還要提供符合規范的PCI界面以實現和主機的數據交換。
MAC從PCI總線收到IP數據包(或者其他網絡層協議的數據包)后，將之拆分並重新打包成最大1518Byte、最小64Byte的幀。這個幀里面包括了目標MAC地址、自己的源MAC地址和數據包里面的協議類型(比如IP數據包的類型用80表示，最后還有一個DWORD(4Byte)的CRC碼。
可是目標的MAC地址是哪里來的呢？這牽扯到一個ARP協議(介乎於網絡層和數據鏈路層的一個協議)。第一次傳送某個目的IP地址的數據的時候，先會發出一個ARP包，其MAC的目標地址是廣播地址，里面說到：“誰是xxx.xxx.xxx.xxx這個IP地址的主人？”因為是廣播包，所有這個局域網的主機都收到了這個ARP請求。收到請求的主機將這個IP地址和自己的相比較，如果不相同就不予理會，如果相同就發出ARP響應包。這個IP地址的主機收到這個ARP請求包后回復的ARP響應里說到：“我是這個IP地址的主人”。這個包里面就包括了他的MAC地址。以后的給這個IP地址的幀的目標MAC地址就被確定了。(其它的協議如IPX/SPX也有相應的協議完成這些操作)
IP地址和MAC地址之間的關聯關系保存在主機系統里面，叫做ARP表。由驅動程序和操作系統完成。在Microsoft的系統里面可以用arp-a 的命令查看ARP表。收到數據幀的時候也是一樣，做完CRC校驗以后，如果沒有CRC效驗錯誤，就把幀頭去掉，把數據包拿出來通過標准的接口傳遞給驅動和上層的協議棧。最終正確的達到我們的應用程序。
這里還需要理解一個重要概念就是MAC地址，下面會詳細介紹相關知識。
二、MAC數據包
MAC 數據包由前導字段、幀起始定界符、目標地址、源地址、數據包類型、數據域、填充域、校驗和域組成。
前導字段(7Byte)，也稱報頭，這是一段方波，用於使收發節點的時鍾同步。內容為連續 7 個字節的 0x55。字段和幀起始定界符在 MAC 收到數據包后會自動過濾掉。
幀起始定界符(SFD， 1Byte)： 用於區分前導段與數據段的，內容為 0xD5。
MAC 地址(6Byte)： MAC 地址由 48 位數字組成，它是網卡的物理地址，在以太網傳輸的最底層，就是根據 MAC 地址來收發數據的。部分 MAC 地址用於廣播和多播，在同一個網絡里不能有兩個相同的 MAC 地址。 PC 的網卡在出廠時已經設 置好了 MAC 地址，但也可以通過一些軟件來進行修改，在嵌入式的以太網控制器中可由程序進行配置。數據包中的 DA 是目標地址， SA 是源地址。
數據包類型(2Byte)：本區域可以用來描述本 MAC 數據包是屬於 TCP/IP 協議層的IP 包、 ARP 包還是 SNMP 包，也可以用來描述本 MAC 數據包數據段的長度。如果該值被設置大於 0x0600，不用於長度描述，而是用於類型描述功能，表示與以太網幀相關的 MAC 客戶端協議的種類。
數據段(46 - 1500Byte)：數據段是 MAC 包的核心內容，它包含的數據來自 MAC 的上層。其長度可以從 0~1500 字節間變化。
填充域：由於協議要求整個 MAC 數據包的長度至少為 64 字節(接收到的數據包如果少於 64 字節會被認為發生沖突，數據包被自動丟棄)，當數據段的字節少於 46字節時，在填充域會自動填上無效數據，以使數據包符合長度要求。
校驗和域(4Byte)： MAC 數據包的尾部是校驗和域，它保存了 CRC 校驗序列，用於檢錯。
以上是標准的 MAC 數據包， IEEE 802.3 同時還規定了擴展的 MAC 數據包，它是在標准的 MAC 數據包的 SA 和數據包類型之間添加 4 個字節的 QTag 前綴字段，用於獲取標志的 MAC 幀。
前 2 個字節固定為 0x8100，用於識別 QTag前綴的存在；后兩個字節內容分別為 3 個位的用戶優先級、 1 個位的標准格式指示符(CFI)和一個 12 位的 VLAN 標識符。
三、MAC 地址
MAC 地址用於識別數據鏈路中互連的節點（如圖 3.4），以太網或 FUDI 中，根據IEEE802.3的規范使用 MAC 地址。其他諸如無線 LAN ( IEEE802.lla/b/g/n等） 、 藍牙等設備中也是用相同規格的 MAC 地址。
圖8‑5通過MAC地址判斷目標地址
在總線型與環路型的網絡中，先暫時獲取所有目標站的幀，然后再通MAC尋址如果是發給自已的就接收，如果不是就丟棄（在令牌環的這種情況下，依次轉發給下一個站）。
MAC 地址長 48 比特，結構如圖XX所示。 在使用網卡 （ NIC ) 的情況下，MAC 地址一般會被燒人到 ROM 中。因此，任何一個網卡的 MAC 地址都是唯一。
圖8‑6 IEEE802.3 規范的 MAC地址格式
MAC 地址中 3 ~ 24 位 （ 比特位） 表示廠商識別碼， 每個 NIC 廠商都有特定唯一的識別數宇。 25 ~ 48 位是廠商內部為識別每個網卡而用。 因此. 可以保證全世界不會有相同MAC 地址的網卡。
IEEE802.3 制定 MAC 地址規范時沒有限定數據鏈路的類型，即不論哪種數據鏈路的網絡 （以太網 、 FDD1 , ATM 、 無線 LAN 、 藍牙等）， 都不會有相同的 MAC地址出現。
MAC 地址是不是一定是唯一的？
在全世界，MAC 地址也並不總是唯一的。實際上，即使 MAC 地址相同，只要不是同屬一個數據鏈路就不會出現問題。
例如，人們可以在自己的網卡上自由設置自己的 MAC 地址。 再例如，一台主機上如果啟動多個虛擬機，由於沒有硬件的網卡只能由虛擬軟件自己設定 MAC 地址給多個虛擬網卡，這時就很難保證所生成的 MAC 地址是獨一無二的了。
但是，無論哪個協議成員通信設備，設計前提都是 MAC 地址的唯一性。這也可以說是網絡世界的基本准則。
四、參考資料
1、https://mp.weixin.qq.com/s/hZ4VhLKv7FTOJnzg6oAKUg
2、https://blog.csdn.net/zcshoucsdn/article/details/80090802#comments