一，MAC
MAC是媒体访问控制器。以太网MAC由IEEE-802.3以太网标准定义。它实现了数据链路层。最新的MAC同时支持10/100/1000Mbps速率。通常情况下，它实现MII/GMII/RGMII接口，来同行业标准PHY器件实现接口。
MAC由硬件控制器及MAC通信协议构成。该协议位于OSI七层协议中数据链路层的下半部分，它主要负责与物理层进行数据交接，如是否可以发送数据，发送的数据是否正确，对数据流进行控制等。
它自动对来自上层的数据包加上一些控制信号，交给物理层。接收方得到正常数据时，自动去除 MAC 控制信号，把该数据包交给上层。
。MAC硬件框图如下图所示：
在发送数据的时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以发送将给数据加上一些控制信息，最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC(逻辑链路控制)层。该层协议是以太网MAC由IEEE-802. 3以太网标准定义。一般以太网MAC芯片的一端连接PCI总线，另一端连接PHY芯片上通过MII接口连接。
扩展
以太网数据链路层其实包含MAC(介质访问控制)子层和LLC(逻辑链路控制)子层。一块以太网卡MAC芯片的作用不但要实现MAC子层和LLC子层的功能，还要提供符合规范的PCI界面以实现和主机的数据交换。
MAC从PCI总线收到IP数据包(或者其他网络层协议的数据包)后，将之拆分并重新打包成最大1518Byte、最小64Byte的帧。这个帧里面包括了目标MAC地址、自己的源MAC地址和数据包里面的协议类型(比如IP数据包的类型用80表示，最后还有一个DWORD(4Byte)的CRC码。
可是目标的MAC地址是哪里来的呢？这牵扯到一个ARP协议(介乎于网络层和数据链路层的一个协议)。第一次传送某个目的IP地址的数据的时候，先会发出一个ARP包，其MAC的目标地址是广播地址，里面说到：“谁是xxx.xxx.xxx.xxx这个IP地址的主人？”因为是广播包，所有这个局域网的主机都收到了这个ARP请求。收到请求的主机将这个IP地址和自己的相比较，如果不相同就不予理会，如果相同就发出ARP响应包。这个IP地址的主机收到这个ARP请求包后回复的ARP响应里说到：“我是这个IP地址的主人”。这个包里面就包括了他的MAC地址。以后的给这个IP地址的帧的目标MAC地址就被确定了。(其它的协议如IPX/SPX也有相应的协议完成这些操作)
IP地址和MAC地址之间的关联关系保存在主机系统里面，叫做ARP表。由驱动程序和操作系统完成。在Microsoft的系统里面可以用arp-a 的命令查看ARP表。收到数据帧的时候也是一样，做完CRC校验以后，如果没有CRC效验错误，就把帧头去掉，把数据包拿出来通过标准的接口传递给驱动和上层的协议栈。最终正确的达到我们的应用程序。
这里还需要理解一个重要概念就是MAC地址，下面会详细介绍相关知识。
二、MAC数据包
MAC 数据包由前导字段、帧起始定界符、目标地址、源地址、数据包类型、数据域、填充域、校验和域组成。
前导字段(7Byte)，也称报头，这是一段方波，用于使收发节点的时钟同步。内容为连续 7 个字节的 0x55。字段和帧起始定界符在 MAC 收到数据包后会自动过滤掉。
帧起始定界符(SFD， 1Byte)： 用于区分前导段与数据段的，内容为 0xD5。
MAC 地址(6Byte)： MAC 地址由 48 位数字组成，它是网卡的物理地址，在以太网传输的最底层，就是根据 MAC 地址来收发数据的。部分 MAC 地址用于广播和多播，在同一个网络里不能有两个相同的 MAC 地址。 PC 的网卡在出厂时已经设 置好了 MAC 地址，但也可以通过一些软件来进行修改，在嵌入式的以太网控制器中可由程序进行配置。数据包中的 DA 是目标地址， SA 是源地址。
数据包类型(2Byte)：本区域可以用来描述本 MAC 数据包是属于 TCP/IP 协议层的IP 包、 ARP 包还是 SNMP 包，也可以用来描述本 MAC 数据包数据段的长度。如果该值被设置大于 0x0600，不用于长度描述，而是用于类型描述功能，表示与以太网帧相关的 MAC 客户端协议的种类。
数据段(46 - 1500Byte)：数据段是 MAC 包的核心内容，它包含的数据来自 MAC 的上层。其长度可以从 0~1500 字节间变化。
填充域：由于协议要求整个 MAC 数据包的长度至少为 64 字节(接收到的数据包如果少于 64 字节会被认为发生冲突，数据包被自动丢弃)，当数据段的字节少于 46字节时，在填充域会自动填上无效数据，以使数据包符合长度要求。
校验和域(4Byte)： MAC 数据包的尾部是校验和域，它保存了 CRC 校验序列，用于检错。
以上是标准的 MAC 数据包， IEEE 802.3 同时还规定了扩展的 MAC 数据包，它是在标准的 MAC 数据包的 SA 和数据包类型之间添加 4 个字节的 QTag 前缀字段，用于获取标志的 MAC 帧。
前 2 个字节固定为 0x8100，用于识别 QTag前缀的存在；后两个字节内容分别为 3 个位的用户优先级、 1 个位的标准格式指示符(CFI)和一个 12 位的 VLAN 标识符。
三、MAC 地址
MAC 地址用于识别数据链路中互连的节点（如图 3.4），以太网或 FUDI 中，根据IEEE802.3的规范使用 MAC 地址。其他诸如无线 LAN ( IEEE802.lla/b/g/n等） 、 蓝牙等设备中也是用相同规格的 MAC 地址。
图8‑5通过MAC地址判断目标地址
在总线型与环路型的网络中，先暂时获取所有目标站的帧，然后再通MAC寻址如果是发给自已的就接收，如果不是就丢弃（在令牌环的这种情况下，依次转发给下一个站）。
MAC 地址长 48 比特，结构如图XX所示。 在使用网卡 （ NIC ) 的情况下，MAC 地址一般会被烧人到 ROM 中。因此，任何一个网卡的 MAC 地址都是唯一。
图8‑6 IEEE802.3 规范的 MAC地址格式
MAC 地址中 3 ~ 24 位 （ 比特位） 表示厂商识別码， 每个 NIC 厂商都有特定唯一的识别数宇。 25 ~ 48 位是厂商内部为识別每个网卡而用。 因此. 可以保证全世界不会有相同MAC 地址的网卡。
IEEE802.3 制定 MAC 地址规范时没有限定数据链路的类型，即不论哪种数据链路的网络 （以太网 、 FDD1 , ATM 、 无线 LAN 、 蓝牙等）， 都不会有相同的 MAC地址出现。
MAC 地址是不是一定是唯一的？
在全世界，MAC 地址也并不总是唯一的。实际上，即使 MAC 地址相同，只要不是同属一个数据链路就不会出现问题。
例如，人们可以在自己的网卡上自由设置自己的 MAC 地址。 再例如，一台主机上如果启动多个虚拟机，由于没有硬件的网卡只能由虚拟软件自己设定 MAC 地址给多个虚拟网卡，这时就很难保证所生成的 MAC 地址是独一无二的了。
但是，无论哪个协议成员通信设备，设计前提都是 MAC 地址的唯一性。这也可以说是网络世界的基本准则。
四、参考资料
1、https://mp.weixin.qq.com/s/hZ4VhLKv7FTOJnzg6oAKUg
2、https://blog.csdn.net/zcshoucsdn/article/details/80090802#comments