MAC-адреса и таблица адресов

У каждого сетевого интерфейса есть MAC-адрес (адрес управления доступом к среде) — уникальный аппаратный идентификатор, записанный производителем в устройство. IP-адреса могут изменяться, когда устройство перемещается между сетями, а MAC-адрес обычно остаётся неизменным вместе с оборудованием. Коммутаторы полностью полагаются на MAC-адреса при пересылке кадров, поэтому их понимание необходимо для понимания работы локальной сети.

MAC-адрес имеет длину 48 бит и обычно записывается как двенадцать шестнадцатеричных цифр, объединённых в шесть пар, например 00:1A:2B:3C:4D:5E. Каждая пара обозначает один байт. Двоеточия (а иногда дефисы или точки) лишь разделяют пары для удобства чтения. Такой формат позволяет создать огромное количество адресов, достаточное для уникальной идентификации сетевого оборудования во всём мире.

MAC-адрес состоит из двух частей:

• Первые 24 бита — OUI (уникальный идентификатор организации): обозначают производителя и назначаются организацией IEEE.
• Последние 24 бита: уникальное значение, которое производитель назначает конкретному устройству.

Вместе эти части делают каждый MAC-адрес глобально уникальным. Часто по OUI можно определить производителя устройства.

MAC-адрес иногда называют BIA (аппаратно заданным адресом), поскольку он записывается в микропрограмму оборудования. Однако современные операционные системы могут программно подменить его или переопределить, представив другой MAC-адрес. Злоумышленники могут делать это для обхода фильтров, а функции конфиденциальности рандомизируют MAC-адреса в сетях Wi‑Fi. Поэтому, хотя MAC-адрес обычно фиксирован, он не является полностью неизменяемым.

Коммутатор хранит таблицу MAC-адресов (её также называют таблицей CAM — памятью с адресацией по содержимому), где каждому известному MAC-адресу сопоставляется порт коммутатора, к которому подключено соответствующее устройство. Эта таблица лежит в основе работы коммутатора: каждое решение о пересылке сверяется с ней. Коммутатор автоматически создаёт и обновляет таблицу, отслеживая исходные адреса входящих кадров.

Таблица заполняется благодаря обучению. Каждый раз, когда кадр поступает на порт, коммутатор считывает его исходный MAC-адрес и записывает этот MAC-адрес вместе с номером входящего порта. Если позже тот же MAC-адрес отправляет данные с другого порта — например, потому что устройство переместили, — коммутатор обновляет запись. Такое непрерывное обучение поддерживает соответствие таблицы реальной структуре сети.

Большинство записей в таблице являются динамическими: они изучаются автоматически и удаляются после определённого периода бездействия. Администраторы также могут добавлять статические записи, навсегда сопоставляющие конкретный MAC-адрес с портом; это полезно для важных серверов или в целях безопасности. Статические записи не устаревают и имеют приоритет над результатами обучения, обеспечивая точный контроль там, где это необходимо.

Таблица MAC-адресов имеет ограниченный размер. Коммутатор может хранить лишь определённое количество записей. Злоумышленник может воспользоваться этим с помощью переполнения MAC-таблицы, отправляя множество кадров с поддельными исходными MAC-адресами, чтобы заполнить таблицу. Когда таблица заполнена, коммутатор может снова начать рассылать все кадры, как концентратор, что позволит злоумышленнику перехватывать трафик. От этой атаки защищает безопасность портов, ограничивающая число MAC-адресов на каждом порту.

Не путайте эти два типа адресов:

• MAC-адрес — уровень 2, аппаратный адрес, используемый коммутаторами внутри локальной сети.
• IP-адрес — уровень 3, логический адрес, используемый для маршрутизации между сетями.

Устройство сохраняет MAC-адрес при перемещении внутри локальной сети, но получает новые IP-адреса в новых сетях. Коммутаторы используют MAC-адреса, а маршрутизаторы — IP-адреса. Такое разделение функций является фундаментальным.

Не все MAC-адреса указывают на одно устройство. Специальный адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF является широковещательным адресом, то есть адресом всех устройств в локальной сети. Обычный MAC-адрес конкретного устройства является одноадресным, а некоторые диапазоны зарезервированы для многоадресных групп. Когда коммутатор видит широковещательный адрес назначения, он рассылает кадр через все порты — именно так протоколы вроде ARP достигают всех устройств одновременно.

Для экзамена необходимо знать, что MAC-адрес — это 48-битный аппаратный адрес, записанный двенадцатью шестнадцатеричными цифрами, причём первая половина представляет производителя — OUI. Коммутаторы хранят выученные соответствия MAC-адресов и портов в таблице MAC-адресов, используя динамические записи, срок действия которых истекает, и необязательные статические записи. Понимайте, что переполнение MAC-таблицы — это атака, а MAC работает на уровне 2, тогда как IP — на уровне 3.

Проверьте свои знания о MAC-адресах.

Вы узнали, что MAC-адрес — это 48-битный аппаратный идентификатор, представленный двенадцатью шестнадцатеричными цифрами и разделённый на часть производителя — OUI — и часть устройства. Хотя адрес записывается в устройство при изготовлении, его можно подделать. Коммутаторы поддерживают таблицу MAC-адресов (таблицу CAM), сопоставляющую MAC-адреса с портами. Она заполняется за счёт изучения адресов источников и содержит динамические записи, срок действия которых истекает, а также необязательные статические записи. Атака переполнением MAC-таблицы использует ограниченный размер таблицы; от неё защищает безопасность портов. MAC работает на уровне 2, а IP — на уровне 3.