路由器mac地址是什么（通过mac码获取定位）

程序员文章站 2022-05-09 10:29:53

前言mac（media access control）地址用来定义网络设备的位置。mac地址由48比特长、12位的16进制数字组成，其中从左到右开始，0到23bit是厂商向ietf等机构申请用来标识厂...

前言

mac（media access control）地址用来定义网络设备的位置。mac地址由48比特长、12位的16进制数字组成，其中从左到右开始，0到23bit是厂商向ietf等机构申请用来标识厂商的代码，24到47bit由厂商自行分派，是各个厂商制造的所有网卡的一个唯一编号。

mac地址可以分为3种类型：

物理mac地址：这种类型的mac地址唯一的标识了以太网上的一个终端，该地址为全球唯一的硬件地址；
广播mac地址：全1的mac地址为广播地址（ff-ff-ff-ff-ff-ff），用来表示lan上的所有终端设备；
组播mac地址：除广播地址外，第8bit为1的mac地址为组播mac地址（例如01-00-00-00-00-00），用来代表lan上的一组终端。其中以01-80-c2开头的组播mac地址叫bpdu mac，一般作为协议报文的目的mac地址标示某种协议报文。

01 认识mac地址

交换机上面的mac地址分为系统mac和接口mac两种。

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其中接口mac又包括管理网口mac、vlanif接口mac、二层物理接口mac、三层路由主接口mac、子接口mac、二层eth-trunk接口mac、三层eth-trunk接口mac。

系统mac也就是我们所说的设备mac，可以通过命令display bridge mac-address查看。管理网口mac、子接口mac、二层物理接口mac和二层eth-trunk接口mac是相同的，使用的就是系统mac。其他接口mac与系统mac不一致，具体mac地址可以通过display interface查看。

1.1 mac原理

mac地址的定义和分类

mac地址表的定义

mac地址表记录了交换机学习到的其他设备的mac地址与接口的对应关系，以及接口所属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mac地址表中包含与报文目的mac地址对应的表项，则直接通过该表项中的出接口转发该报文；如果mac地址表中没有包含报文目的mac地址对应的表项时，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。

mac地址表的分类

mac地址表中的表项分为：动态表项、静态表项和黑洞表项。另外交换机的mac地址表中还存在一种业务类型的mac地址表项，譬如：安全mac、mux mac、authen mac、guest mac等。该类mac地址表项是由对应业务维护的，一般是通过动态表项转换来的。

表2-1 不同mac地址表的特点和作用

mac地址表的组成和作用

mac地址表的组成

mac地址表是以mac地址和vlan id或vsi为索引来唯一标识。当一台目的主机属于多个vlan或vsi时，在mac地址表中就会存在相同mac地址拥有多个不同vlan id或vsi的情况。表2-2中是四条不同的mac地址表项。如第一条mac地址表项的作用是：从设备任意接口进入的目的mac为0011-0022-0034，vlan id为10的报文，都会从ge3/0/1接口转发出去。

表2-2 mac地址表项

mac地址表的作用

mac地址表用于指导报文进行单播转发。如图2-1中，pc1发往pc3的报文，在到达交换机switch时，根据报文中的目的mac地址mac3和vlan10查询交换机的mac地址表，获取出接口port3，然后报文直接从接口port3转发到pc3，完成数据的转发。

图2-1 基于mac地址表的转发流程图

mac地址学习和老化

mac地址学习过程

一般情况下，mac地址表是设备根据收到的数据帧里的源mac地址自动学习而建立的。

图2-2 mac地址学习示意图

如图2-2，hosta向switcha发送数据时，switcha从数据帧中解析出源mac地址（即hosta的mac地址）和vlan id。

如果mac地址表中不存在该mac地址表项，设备则将这个新mac地址以及该mac地址对应的porta和vlan id作为一个新的表项加入到mac地址表中。
如果mac地址表中已经存在该mac地址表项，设备将通过重置该表项的老化时间，对该表项进行更新。

所以设备在收到数据帧时，才会触发mac地址的学习和刷新。当设备有多块接口板时，为了避免不必要的广播报文以及提高报文转发的速度，每个接口板学习到的mac地址表项，都会自动同步到其他单板。

mac地址老化过程

为适应网络的变化，mac表需要不断更新。mac表中自动生成的表项（即动态表项）并非永远有效，每一条表项都有一个生存周期，到达生存周期仍得不到更新的表项将被删除，这个生存周期被称作老化时间。如果在到达生存周期前记录被更新，则该表项的老化时间重新计算。

图2-3 mac地址老化过程示意图

如图2-3所示，设备mac地址老化时间设置为t。在t1时刻有源mac地址为00e0-fc00-0001、vlan为1的报文从某接口进入。假定该接口已加入vlan 1。如果之前mac地址表不存在关于(mac: 00e0-fc00-0001，vlan: 1)的任何种类表项，那么这个地址就会作为动态mac地址表项学习到地址表里，同时该表项的命中标志位被置1。

设备周期性(每经过t时间)地对所有学习到的动态mac地址表项进行检查。

在t2时刻，检查到动态表项(mac: 00e0-fc00-0001，vlan: 1)的命中标志位为1，则将该表项的命中标志位置为0，但不删除这条表项。
在t2时刻和t3时刻之间没有这种报文进入设备，那么该表项的命中标志位会一直保持为0。
在t3时刻，设备检查到该表项的命中标志位为0，认为该表项的老化时间到达，将删除此条表项。

如上所述，通过自动老化，一条动态表项在mac地址表存在的最短时间是设备所配置的老化时间t到2t之间。

设备mac地址老化时间可手动设置。通过设置此时间，可以灵活控制动态学习到的mac表项在mac地址表存在的时间。

mac地址学习控制

由于mac地址表的容量是有限的，当黑客伪造大量源mac地址不同的报文发送到设备后，设备上的mac地址表项资源可能会被耗尽。当mac表被填满后，即使它再收到正常的报文，也无法学习到报文中的源mac地址，导致报文广播转发，浪费带宽资源。

为了解决以上问题，设备提供了两种方式对mac地址学习进行控制：

基于vlan或接口关闭学习mac能力
基于vlan或接口限制mac地址数

表2-3 mac地址学习控制方式说明

mac地址漂移

什么是mac地址漂移

mac地址漂移是指设备上一个vlan内有两个端口学习到同一个mac地址，后学习到的mac地址表项覆盖原mac地址表项的现象。图2-4所示，mac地址为0011-0022-0034，vlan id为2的表项，出接口由ge1/0/1刷新为ge1/0/2，这就是mac地址漂移。设备出现mac地址漂移时，设备cpu占用率会有不同程度的升高。

正常情况下，网络中不会在短时间内出现大量mac地址漂移的情况。出现这种现象一般都意味着网络中存在环路，可以通过查看告警信息和漂移记录，快速定位和排除环路。

图2-4 mac地址漂移示意图

如何进行mac地址漂移检测

mac地址漂移检测是利用mac地址出接口跳变的现象，检测mac地址是否发生漂移的功能。

配置mac地址漂移检测功能后，在发生mac地址漂移时，可以上报包括mac地址、vlan，以及跳变的接口等信息的告警。其中跳变的接口即为可能出现环路的接口。网络管理员可以根据告警信息，手工排查网络中环路的源头，也可以使用mac漂移检测提供的后续动作，使跳变的端口down或者vlan从端口中退出，实现自动破环。

图2-5 mac地址漂移检测组网图

如图2-5网络中，若switchc和switchd之间误接网线，则switchb、switchc、switchd之间形成环路。当switcha上port1接口从网络中收到一个广播报文后转发给switchb，该报文经过环路，会被switcha上port2接口收到。配置mac地址漂移检测功能，switcha就会感知到mac地址出接口跳变的现象。若连续出现此现象，switcha就会上报mac漂移告警，提醒管理员进行维护。

如何防止mac地址漂移

网络中产生环路或非法用户进行网络攻击都会造成mac地址发生漂移，导致mac地址不稳定。

在规划网络时，可以通过下面两种方式来避免这种情况：

提高接口mac地址学习优先级。当不同接口学到相同的mac地址表项时，高优先级接口学到的mac地址表项可以覆盖低优先级接口学到的mac地址表项，防止mac地址在接口间发生漂移。
不允许相同优先级的接口发生mac地址表项覆盖。当伪造网络设备所连接口的优先级与安全的网络设备相同时，后学习到的伪造网络设备的mac地址表项不会覆盖之前正确的表项。但如果网络设备下电，仍会学习到伪造网络设备的mac地址，当网络设备再次上电时将无法学习到正确的mac地址。

如图2-6所示，为防止非法用户伪造服务器mac地址入侵switch，可以提高服务器侧接口port1的mac地址学习优先级。

图2-6 mac防漂移应用组网图

mac刷新arp

在以太网中，主机设备是根据mac地址来发送、接收以太网数据帧。arp用于提供ip地址到mac地址的映射。当不同网段间通信时，需要使用arp表项来将ip地址映射到正确的mac地址及相应的出接口上。

一般来说设备上的mac表项和arp表项的出接口是一致的。如图2-7所示，在t1时间点，mac地址表项和arp表项的出接口是一致的，都是ge1/0/1。当端口切换后，在t2时间点，mac地址表项的出接口在收到报文时立即刷新为ge1/0/2，但是arp表项的出接口还是ge1/0/1，需要等待t3时间点即arp表项的老化时间到达后，通过arp老化探测，才会刷新为ge1/0/2。这样就在t2时间点和t3时间点之间，arp表项的出接口是不可用的，会导致不同网段间设备的通信中断。

图2-7 配置mac刷新arp功能之前

mac刷新arp可以实现在mac出接口更新时，直接刷新arp表项的出接口的功能。如图2-8所示，在配置mac刷新arp功能后，在t2时间点，mac地址表项出接口刷新为ge1/0/2后，直接把arp表项的出接口刷新为ge1/0/2。解决了t2时间点和t3时间点之间，arp表项出接口不可用的问题，避免了业务通信的中断。

图2-8 配置mac刷新arp功能之后

mac刷新arp功能多用在vrrp主备环境下挂服务器的组网中（通过mac刷新arp加快vrrp流量切换），也可以用在二层破环协议stp、smartlink等进行三层流量切换的场景。

02 mac应用场景

2.1 通过mac防漂移防止用户攻击

在部署二层网络时，可以使用mac地址防漂移的功能，防止非法用户的攻击。

如图2-9所示，某企业网络中，用户需要访问企业的服务器。如果某些非法用户从其他接口假冒服务器的mac地址发送报文，则服务器的mac地址将在其他接口学习到。这样用户发往服务器的报文就会发往非法用户，不仅会导致用户与服务器不能正常通信，还会导致一些重要用户信息被窃取。为防止非法用户伪造服务器mac地址入侵switch，在switch上可配置mac防漂移功能，设置合法用户的mac学习优先级高于非法用户的mac学习优先级，在非法用户攻击时就不会触发mac地址出接口漂移。

图2-9 mac地址防漂移组网图

2.2 通过mac漂移检测快速发现环路

在组网发生环路时，环路上的故障点一定存在mac地址漂移现象。利用这一现象，可以快速的判断网络中是否存在环路。

当设备出现如下现象时，可以开启mac漂移检测功能，判断是否是环路导致的。

mac地址表项时有时无
ping操作时通时不通
cpu使用率升高，出现超过阈值的告警

mac漂移检测功能相比其他环路检测功能的优点是配置简单。各类环路检测特性对比如表2-4所示。

表2-4 环路检测特性比较

2.3 通过mac刷新arp加快vrrp流量切换

vrrp备份组下挂的设备是服务器时，使用mac刷新arp的功能，可以加快vrrp主备切换的性能，减少业务中断时间。

虚拟路由冗余协议vrrp（virtual router redundancy protocol）通过把几台路由设备联合组成一台虚拟的路由设备，将虚拟网关设备的ip地址作为用户的默认网关实现与外部网络通信。当网关设备发生故障时，vrrp机制能够选举新的网关设备承担数据流量，从而保障网络的可靠通信。

一般情况下，如图2-10所示用户hosta通过switch双归属到switcha和switchb。在switcha和switchb上配置vrrp备份组，实现链路冗余备份。当switcha和switch之间的连线坏掉时，mac和arp表项可以及时切换到switch和switchb的连线上。

图2-10 vrrp典型组网图

而在有些情况下如图2-11，vrrp备份组下挂的设备，不是交换机而是服务器server。server发送报文时，一般情况下只会选择一个网口发包，当检测到网络故障或者流量异常时，切换到另外一个网口发包。

switcha为vrrp主设备，一开始服务器使用port2发送报文，此时switcha学习到的服务器arp表项和mac表项都在port2接口上，switchb学习的服务器mac在port1接口；
当服务器检测到port2故障时，服务器切换至port1继续发送业务报文，这时switcha学习到的服务器mac地址会刷新到port1，但如果服务器切换转发接口后不主动发送arp请求报文的话，arp表项还是在port2接口上。这样switcha发往服务器的报文就会从接口port2接口发出去，而不能被正确转发，直到该arp表项老化。

这种情况下就可以在switch上配置mac刷新arp功能，当mac表项的出接口变化时，会即时更新arp表项的出接口，从而保证mac表项和arp表项的一致性。