小兴的博客

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tcpip_MAC

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mac数据链路层的理解

mac层的功能介绍

mac层在理论上赋予了较全的功能，但是其实，实际上在使用的时候，由于无噪声通道，或者一些功能交给了上层的协议，所以实际的mac功能没有理论那么全面。mac层的实现包括在驱动和固件中，所以实际的功能得看芯片和固件的支持，比如是否支持监听模式；
理论上：建议书籍《数据通信与网络》
寻址：实际的端到端通信，都是需要先知到对方的mac地址(通过arp),才能进行实际传输的；
帧构建：这一层结束后就是完成了包封装，下一步传送给物理层编码发送了；
数据差错检查；传送控制，流量控制，差错控制，编码，校验和等等；，编码是指在原始数据mac封包后，在实际传输时进行编码（按照某个80x协议等，这个属于偏物理层的事情了）
实际上：数据差错检查，流量控制，差错控制等都没做，或者要看具体的厂商实现如高通，mtk等

mac层的传输限制

考虑一个包从电脑发出去，最后一次封包根据接口不同(有线，无线),协议不同，采用的mac头也不同，如ppp协议要加其他信息；
–>简述:接着可能发给无线路由器或者交换机，路由器会判断是wifi的mac头，接着要向以太网传输时，或者无线传输时，需要去掉mac头，并加上自己的mac头，改变mac源地址为自己，目的地址为(路由表对应)arp寻找的下一跳mac地址;若为以太网，还要转换为以太网的头类型等
…
整个过程，从物理层角度看，是可以顺利进行的，但是实际为了效率，不接受无用的包，不发送无效的包和安全等，在驱动和固件都会有做相应的过滤处理，从而使发包收包，转发包等受到了限制，见下实验等；

mac层的封包,mtu,msdu,mpdu

在包的封装上，有线网和无线网不同，更确切的是协议不同，其mac层封包也不同–对相同的ip包(ip头+上层数据/arp/…）带有不同的mac头：
例如对以太网（有线）：常见有一下四种mac头封装的帧：

  • EthernetII: dest addr+src addr+type+data+fcs
  • Ethernet 802.2:dest addr+srcaddr+len+ llc+data+fcs
  • Ethernet 802.3:dest addr+src addr+len+data+fcs
  • Ethernet SNAP:dest addr+src addr+len+llc+snap+data+fcs
    参考：https://blog.csdn.net/xiao628945/article/details/8006022
    针对无线网络：802.11n等，更复杂些：
  • 802.11头+msdu(数据部分)+fcs(crc)
    而802.11wifi无线帧分为控制帧，管理帧和数据帧，因为在无线网络中的安全性等考虑，需要扫描，关联，认证四次握手等步骤,在802.11头就包含了subtype，即数据部分是什么类型（控制，。。）https://blog.csdn.net/suiyuan19840208/article/details/17200745或者啃spec:文末
    https://blog.csdn.net/robertsong2004/article/details/42805803这篇更详细，能查到的不想记录了
    这么多的封包类型，除却ip层只有一种，那在传递的过程中如何处理?即有线到无线，怎么识别?答案是在路由器，主机中进行去头和加头
    不同厂商实现不同，在无线中，非数据帧部分：底层的实现分为full mac driver（Full Mac的Driver，一般Auth和Assoc的包直接在芯片里边处理了，Driver通过command形式告诉Firmware要连接AP的信息，Firmware处理了Assoc Response之后，report给Driver一个Event，说明连接的情况（result和AID）以及assoc相关的IE，Driver会直接调用cfg80211的接口报告给supplicant，然后处理EAPOL的握手过程，因为之后的EAPOL Data的处理会用到Assoc Response里边的IE） 而用soft mac则软件可以控制较多的事情(Soft Mac模块开源代码mac80211的WiFi芯片，会将这两种包送到Mac80211处理，mac80211处理完后调用cfg80211的接口通过nl80211(netlink)通知wpa_supplicant准备认证以及四次握手的状态机，等待处理EAPOL包，EAPOL是二层的Data包，会在Supplicant里边处理，连接加密的路由情况就是这样处理的，如果不加密，那就直接DHCP了)；扯远了。。
    在pc等设备中，在封装到数据链路层时，封装时用的是ethernetII，到底层驱动时就被替换为对应的802.11的头了，进而发送出去，而在接收数据包的时候，底层上报上来又会把802.11格式的转换为ehternetII的形式，所以我在实验wifi的时候，用的PF_PACKET来操作数据包，加的是ethernetII的头，接收到打印出来后还是ethernetII的头
    晒张空中包的和本地tcpdump抓到的包对比：
    //to do

当然除却mac头的不同，mtu的概念还是存在:
mac层在传输时一次传输一帧，这一帧即是封装了mac头的数据包，它常为[46-1500]+mac头,而mtu即是最大的传输单元，是去掉mac头的负载部分最大值，如1500
而在实际传输的空中包，情况又可能不同，这里看msdu 和mpdu:
https://blog.csdn.net/zhengnice/article/details/51923132
这篇文章讲的很好，在理解了上述的内容后，看这篇文章里面的msdu和mpdu就能很好的理解了，spec的416页也有相关的内容

mac头格式：不同协议可能不同：

常见：dest addr,src addr ,proto type; 14byte
见上文

mac层的发包和收包限制

考虑一个问题，即在不考虑网络网段的情况下，两台设备在开启wifi或者连接网线的情况下，能相互直接通信吗？
从理论上是可以的，首先是发送，无问题，接收，可以接收；其次，接收之后解码，需要双方使用相同的编码协议等；
其次：实际上，需要几个条件，且有线和无线的方式不同：

  • 有线：需要双方相同的编码，直连的情况下，可以直接通信；
  • 无线: (分为数据部分和管理部分，需要双方相同的编码)，但是仅开启wifi，只能接收小量信息的beacon帧；即wifi为了安全性，效率等(wifi本身可以接收所有数据），做了连接前的扫描，关联认证，四次握手等过程，并且对mac地址进行过滤，使不同网段的两个相邻设备不能通过直接发送接收mac层数据来交互；具体见厂商的实现，可以参考实验部分；
  • 所以关键看厂商怎么实现，底层的东西，他们提供接口给你，你就能操作了balalal
    普通模式，混杂模式和监听模式

    mac层的几个实验

    普通模式下，wifi实验，以station架构进行：
    设备A，B,路由器C，D;
  • A,B连接同一个路由器C,A,B通过PF_PACKET发送和接收mac头加任意数据，成功发送接收，即使arp表无对方的条目
  • A,B都不连接wifi,只是打开wifi，此时无法发送和接收数据，厂商默认的只会发送主动扫苗和接收beacon帧，扫描的具体过程待文章写,在没有连接上时，只会发送小数据
  • A,B间任意设备连上路由器，同上
  • A连接路由C,B连接路由D,相互发送和接收mac头加任意数据，目的地址为对方mac，源地址为自己的mac—失败，其实一开始是怀着疑问的，从理论分析是可以的，但是还是不行，若只是在二层的话，对方怎么知道这个源mac地址是在不同网段并做过滤?难道发之前，底层进行了隐式arp？但是我发的包里面没有带ip信息啊，同时进行了广播帧的发送接收，还是失败了；应该都是出在接收的环节；也有可能是两个ap使用的协议不同导致编码方式不同从而接收失败
  • 考虑到可能是两个路由器编码和使用的协议如一个是802.11n,一个是ac，等，可能导致接收不到，所以可以再尝试使用两个相同的型号的路由器；//待测试
  • 发送方普通模式，接收方监听模式，接收方可以收到所有包，所以可以接收到

openwrt开源路由系统，驱动，固件

了解一下。。。
spec:Wireless LAN Medium Access Control
(MAC)
and Physical Layer (PHY) Specifications