Linux 网络：数据链路层详解

以太网是 IEEE 802.3 定义的局域网技术体系，规范了 MAC 帧格式与介质访问控制。MAC 地址为 48 位硬件标识，分为单播、组播和广播类型。IP 地址用于逻辑寻址，MAC 地址用于物理寻址。局域网通信通过子网掩码判断同网段，利用交换机划分碰撞域减少冲突。ARP 协议负责 IP 到 MAC 的映射，通过请求与应答机制获取目标设备地址，但也存在被劫持进行中间人攻击的风险。

极客工坊发布于 2026/2/100 浏览

一、以太网

1.1 认识以太网

以太网（Ethernet）是一套由 IEEE 802.3 标准定义的局域网技术体系，它并非特指某个具体网络，而是规范了从数据链路层到物理层的完整技术方案
该标准明确定义了MAC 帧格式、CSMA/CD 介质访问控制、网络拓扑结构、传输介质（双绞线、光纤等）以及速率等级（10M/100M/1G/10G/100G 等），其中双绞线成为主导介质
作为当前应用最广泛的局域网技术，以太网凭借标准化、高兼容性和持续演进能力（如 400G 以太网）占据统治地位，而与它并列的令牌环网（IEEE 802.5）因效率不足被淘汰，无线 LAN（Wi-Fi，IEEE 802.11）则在其基础上补充了无线场景需求，二者共同构成现代局域网的基石

1.2 以太网帧格式

在这里插入图片描述

MAC 地址也叫做网卡的硬件地址，长度是 48 位，是在网卡出厂时固化的
帧协议类型字段有三种选项，分别对应 IP、ARP、RARP
帧末尾是CRC 校验码
在以太网帧结构中，PAD（填充字段）是一个可选的填充部分，主要用于确保以太网帧满足最小长度要求。有效载荷部分不足 46 字节时，需通过 PAD 填充至 46 字节，以满足最小帧长

以太网帧由以太网首部、有效载荷（数据）和以太网尾部构成，那么就有下面两个问题需要解决：

如何解决以太网首部、有效载荷分离和以太网尾部的问题
数据帧中，以太网首部和以太网尾部是固定长度，去掉以后就是有效载荷了
如何解决有效载荷向上交付的问题
数据帧中，有一个类型，有以下三种选项
- 当类型为 0800 时，有效载荷交付给 IP 协议
- 当类型为 0806 时，有效载荷交付给 ARP 协议
- 当类型为 0835 时，有效载荷交付给 RARP 协议

1.3 MAC 地址

1.3.1 认识 MAC 地址

MAC 地址是数据链路层中用于唯一标识网络设备的硬件地址，用来识别数据链路层中相连的节点
MAC 地址长度为 48 位，即 6 个字节，一般用 16 进制数字加上冒号的形式来表示（例如：00:1A:2B:3C:4D:5E）
MAC 地址在网卡出厂时就确定了，不能修改，MAC 地址通常是唯一的（虚拟机中的 MAC 地址不是真实的 MAC 地址，可能会冲突，也有些网卡支持用户配置 MAC 地址）

1.3.2 MAC 地址的类型

类型	示例	用途
单播地址	00:1A:2B:3C:4D:5E	普通设备通信，目标为单一设备
组播地址	01:00:5E:00:00:01	一对多通信（如 IPv4 组播对应 224.0.0.1）
广播地址	FF:FF:FF:FF:FF:FF	局域网内所有设备接收（如 ARP 请求、DHCP 发现）