我们知道，对于IEEE 802网络，其媒体访问控制（MAC，Medium Access Control）子层是基于开放系统互连/基本参考模型（OSI/RM）的第二层数据链路层（DLL）的一个子层。不同的MAC协议，确定了IEEE 802网络的不同的媒体访问控制方法，从而构成成了IEEE 802网络家族。其中，由IEEE 802.3标准规范了一种CSMA/CD的媒体访问控制方法，即基于CSMA/CD技术的媒体访问控制子层（MAC）协议，形成了以太局域网络，成为了IEEE 802网络家族的重要一员。基于CSMA/CD技术的MAC子层通过分组格式、载波检测/碰撞检测时序的对应、分组收发功能等与CSMA/CD方式非常相关的功能，执行数据链路中的数据转发功能。下述重点介绍基于CSMA/CD技术的媒体访问控制（MAC）子层协议中的MAC帧结构。
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一、MAC帧格式
1、帧格式构成
以太局域网的MAC帧结格式详见下图1-1-1，它包括了同步信号、MAC地址、类型/长度、MAC数据信息和报尾等部分，图中也显示了各部分的长度（字节数）；这些部分共由9个字段组成（详见下图1-1-2，下述将分别介绍）。在以太网中虽然多台工作站在传输媒体上利用CSMA/CD方式进行存取，但为了识别此时连续的两帧，两帧必须要存在9.6μs以上的间隔，这称为帧间隙。
图 1-1-1：以太局域网的MAC帧格式（横式）
图 1-1-2：以太局域网的MAC帧格式（竖式）
2、位（比特）发送顺序
MAC帧由前同步信号的开头字节开始向媒体（如同轴电缆）上发送，然后各字节由最初最低有效位（LSB），到最后最高有效位（MSB）的发送。也就是说，十六进制的“D5”变为二进制的“1101 0101”后，在同轴电缆上需要按照1-0-1-0-1-0-1-1的顺序发送。帧的发送顺序详见下图1-2所示。（注意：作为IEEE802.5标准的令牌环及由ANSI进行标准化的FDDI中，规定以MSB为开始，LSB为最后的顺序发送，这一点需要特别注意。）
图 1-2：MAC帧的发送顺序
二、前同步信号部分
8个字节的前同步信号部分如下图2所示，它包括7个字节的前导码字段和1个字节的帧首定界符（SFD）字段。前同步信号具有两个作用，一个是用于时钟恢复的PLL（锁相环，Phase Lock Loop）锁定，另一个是用于识别帧的来源即源端。以太局域网在媒体（如同轴电缆）上连接着多台工作站，在没有任何一台工作站发送帧时，同轴电缆上不存在信号。一旦有工作站开始发送帧，则同轴电缆上就会出现信号。由于每台工作站都是按照自己的时钟运作的，所以所发送的曼彻斯特编码需要与各个发送工作站的时钟同步。一般地，在以太局域网上的工作站自行判断电缆上各帧的报头中是否包含自己的地址，所以对于各个工作站，一旦出现帧，需要提取帧的报头。提取报头需要在各帧的曼彻斯特编码上锁定PLL，所以一出现帧就需要锁定PLL。锁定PLL多少需要一些时间。前同步信号应用于在所接收到的曼彻斯特编码锁定PLL，因而PLL必须被设计为在传输前同步信号之时完成锁定。前同步信号最后的字节称为SFD（帧首定界符），它以“10101011”的模式，表示紧接着的字段为目的端地址，并表示帧的开始。
图2：前同步信号
实际上前同步信号不是MAC的功能，而是物理层的功能，物理层的称为PLS（Physical Layer Signaling，物理层信令子层）的功能将进行时钟恢复。PLS在由MAC层添加地址字段之后的以太网帧中添加前同步信号，传输到同轴电缆上。而且PLS从所接收到的信号流的前同步信号部分提取时钟，将地址字段以后的帧送往MAC。
三、MAC地址部分
MAC地址用来标识源MAC实体和目的MAC实体，即欲通信的两个工作站。因此，MAC地址包括目的端地址与源端地址两个字段，分别由6个字节（即48位）构成，具体详见下图3。源端地址中添加了发送帧的工作站的地址，目的端地址中添加了帧所要到达的工作站的地址。地址位组的第1个比特为单/组（I/G）比特，紧接着的第2比特为全局/本地（U/L）比特，这两个比特的含义详见下表3-1所描述。
图 3：MAC地址示意图
表 3-1：I/G比特与U/L比特的含义
如图3所示，全局管理地址是由3字节的制造商标识及3字节的设备标识构成。制造安装了以太网接口的计算机、路由器以及测试仪等的制造商向IEEE申请得到制造商地址，然后在接着的下3个字节中给每台设备分配不同的地址，安装到设备中。表3-2是IEEE已分配给制造商的制造商标识中的示例，表3-3是全局管理的全局地址示例。
表 3-2：部分制造商标识示例
表 3-3：全局地址示例
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以太局域网的系统拥有全世界惟一地址，这就意味着当购买了某一台安装了以太网的设备时，即使将该设备携带到世界的任一地方，其地址也没有必要更改。该地址充分考虑到了在目前的使用中的广泛的可分配性，该地址除了I/G、U/L比特以外还有46比特，以全世界的人口进行分配，每个人可以使用一万个地址。
前已经说明，在以太局域网的情况下，向网络上发送数据的转发顺序是从LSB开始传输，地址字段也理所当然遵从该数据转发顺序。而在令牌环及FDDI的情况下，数据转发顺序则首先从MSB开始发送，但对于地址字段，则是从LSB开始发送的，这一点需要特别注意。换一种说法，就是所有的IEEE 802/FDDI的局域网，都是从I/G比特开始传输的。
四、类型/长度字段
这两个八位位组（2字节）字段采用两个含义之一，依赖于其数字值。对于数字评价，第1个八位位组是该字段的最高有效八位位组（MSB）。两个字段的解释详见下表4-0，关键是该字段的长度解释和类型解释是互斥的。
表 4-0：长度解释和类型解释
1、类型字段
对于类型子段早期是指由施乐、DEC及英特尔三家公司所制定的以太网标准中的类型（Ethertypes），该类型字段只存在于最初的以太局域网标准中，它表示以太网的上层协议，具体示例如下表4-1所示，类型字段的分配是由IEEE注册机构管理的。各个工作站的分组处理软件见到该字段信息，将会把分组传递给必要的协议软件进行处理。现在几乎所有的网络都利用TCP/IP，其类型使用“0800”编码。
表4-1：协议类型示例及编码（十六进制）
2、长度字段
事实上，在IEEE 802.3标准中，利用长度字段代替了类型字段。2字节长度字段中添加了数据字段的字节数。当利用IEEE 802.3标准的帧时，MAC层的上层必须安装LLC（Logical Link Control，逻辑链路控制，由IEEE 802.2规范）子层，在这种情况下，前述的类型字段部分被安装在LLC上。
五、数据字段与PAD字段
1、数据字段
数据字段即工作站所要传输的信息数据的内容，其字段最小为46字节，最大为1500字节。数据字段最小46字节是为碰撞检测所确定的。数据字段的最小值的确定是为了满足实现碰撞检测功能；其最大值是由最大帧长度和特定实现的地址长度参数来确定的。其最大值也与传输通道的差错特性有关。在以太网中对每一帧进行校验，然后丢弃分组含错误数据的帧，所以即使包含1比特的错误，整个帧也会被丢弃。一般地，在比特出错率较高的线路上，需要缩短帧的长度。在以太网中规定同轴电缆的比特出错率要低于10-8。由于1500字节为12 000比特，所以当比特出错率为10-8时，大约每10 000帧中可能会有一帧被丢弃。
2、PAD字段
PAD字段是数据字段的填充字段。为了正确的 CSMA/CD协议操作而要求一个最小帧长度，如果必要，数字段可通过添加额外的并以八位位组为单位的位（即填充）来扩充，这种扩充是添加在该数据字段之后，但在经计算并添加的 FCS之前。如果有填充，其长度由 MAC客户供给的数据字段长度、最小帧长度以及特定现实的地址长度参数来确定。
六、报尾部分
1、帧校验序列（FCS）字段
4字节的帧校验序列（FCS）字段，在以太网中也利用CRC（循环冗余码校验）作为校验功能，它使用32比特的CRC，其生成多项式由下式生成：
G（x）= x 32+ x 26+x 23+x 22+x 16+x 12+x 11+x l0+x 8+ x 7+ x 5+ x 4+ x 2 + x + 1
该值是作为源地址、目的地址、长度、LLC数据和填充（即除了前导码、SFD、FCS和扩充之外的所有字段）的内容的函数来进行计算而得到的。由于是32次的生成多项式，所以可以校验到32比特所有的错误，而且不能校验出33比特的碎发性错误的概率为2-31，34比特以上的碎发性错误不能校验的概率为2-32。
2、扩展字段
扩展字段紧跟在 FCS字段后面，并且由扩展位序列组成,，可迅速地区分开扩充位和数据位。该字段的长度在0至（slot Time-min Frame Size）位的范围内，包括0位和（slot Time-min Frame Size）位。Slot Time-min Frame Size在802.3标准中规定。扩展字段的内容不包括在 FCS计算内。
欲进一步了解802.3标准的国内标准GB/T 15629.3中MAC帧结构规定的请接入。
