I. Giới thiệu

1. Định nghĩa và vai trò

MAC address (Media Access Control address) là một địa chỉ vật lý hoặc địa chỉ phần cứng được gán cho mỗi thiết bị mạng. Đây là một định danh duy nhất được nhúng vào card mạng (NIC - Network Interface Controller) của mỗi thiết bị, giúp xác định và quản lý thiết bị trên một mạng cục bộ (LAN). Địa chỉ MAC có độ dài $48$ bit ($6$ byte), thường được biểu diễn dưới dạng sáu cặp số hexa, ví dụ: 00:1A:2B:3C:4D:5E.

Khái niệm này đặc biệt quan trọng trong quá trình giao tiếp tại tầng Liên kết dữ liệu (Data Link Layer) của mô hình OSI và TCP/IP. Địa chỉ MAC đảm bảo rằng mỗi gói dữ liệu được gửi trong một mạng có thể định tuyến chính xác đến đích cuối cùng của nó.

2. So sánh địa chỉ MAC địa chỉ IP

Tiêu Chí	Địa Chỉ MAC	Địa Chỉ IP
Phân loại	Vật lý	Lô-gíc
Chức năng	Xác định thiết bị trên mạng LAN	Định tuyến dữ liệu qua mạng
Vị trí hoạt động	Data link layer	Network layer
Định dạng	48-bit, thường được biểu diễn dưới dạng số thập lục phân	IPv4 là 32-bit hoặc IPv6 là 128-bit, biểu diễn dưới dạng số thập phân hoặc thập lục phân
Tính duy nhất	Cố định, duy nhất toàn cầu do nhà sản xuất gán	Có thể thay đổi, được cấp phát bởi quản trị mạng
Mục đích sử dụng	Truyền dữ liệu trong mạng cục bộ	Truyền dữ liệu qua các mạng khác nhau
Phương thức gán	Gắn vĩnh viễn với phần cứng mạng	Được cấp phát động hoặc cố định bởi quản trị mạng

II. Cấu trúc

Chúng ta thường thấy địa chỉ MAC có cấu trúc gồm $6$ nhóm, mỗi nhóm gồm hai ký tự (chữ cái hoặc số) được ngăn cách bởi dấu hai chấm (:). Ngoài ra, địa chỉ MAC cũng có thể sử dụng dấu - hoặc . ngăn cách. Cụ thể, địa chỉ MAC có cấu trúc $48$ bit, biểu diễn dưới dạng hệ hexa (thập lục phân), chia làm hai phần:

• Phần Organizational Unique Identifier (OUI)
• Phần Network Interface Controller (NIC)

Định dạng này đảm bảo tính duy nhất toàn cầu cho mỗi địa chỉ MAC, cho phép các thiết bị được xác định một cách chính xác trong mạng.

1. Organizational Unique Identifier (OUI)

Phần Organizational Unique Identifier (OUI) trong một địa chỉ MAC gồm $24$ bit đầu ($6$ ký tự trước), chỉ nhà sản xuất thiết bị, được IEEE quản lý và cấp phát. Mỗi nhà sản xuất được cung cấp một OUI duy nhất, giúp xác định nguồn gốc phần cứng. Một số ví dụ giá trị OUI cho các nhà sản xuất thường gặp:

CC:46:D6 - Cisco 3C:5A:B4 - Google, Inc.
3C:D9:2B - Hewlett Packard
00:9A:CD - HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD

Bạn đọc có thể tra cứu OUI của các nhà sản xuất thông qua website hoặc công cụ tra cứu online như Wireshark OUI Lookup Tool để xác định nhà sản xuất từ địa chỉ MAC.

2. Network Interface Controller (NIC)

Phần Network Interface Controller (NIC) trong một địa chỉ MAC gồm $24$ bit sau ($6$ ký tự cuối), là định danh duy nhất cho thiết bị, do nhà sản xuất quyết định.

III. Phân loại địa chỉ MAC

Trong mạng máy tính, địa chỉ MAC có thể được phân loại thành $3$ kiểu chính: Unicast, Multicast, và Broadcast. Mỗi loại đều có ứng dụng và mục đích sử dụng riêng, phù hợp với các tình huống và nhu cầu khác nhau trong mạng.

1. Unicast MAC address

Unicast Addresses là địa chỉ MAC được sử dụng để chỉ định một thiết bị cụ thể trên mạng. Khi một gói tin được gửi đến một địa chỉ Unicast, nó sẽ chỉ được chuyển đến thiết bị đó. Đây là hình thức giao tiếp one-to-one, phổ biến nhất trong mạng máy tính, cho phép giao tiếp trực tiếp giữa hai thiết bị.

Ví dụ: Giả sử bạn đang gửi một email từ máy tính của mình đến một đồng nghiệp. Máy tính của bạn sẽ tạo một gói tin dữ liệu chứa email đó và gửi nó đến địa chỉ MAC Unicast của máy chủ email hoặc trực tiếp đến máy tính của đồng nghiệp nếu nằm trong cùng một mạng. Trong trường hợp này, gói tin được định tuyến một cách chính xác từ nguồn đến đích mà không làm lộ thông tin cho các thiết bị khác trên mạng.

Hình ảnh trên minh họa cho cách thực hoạt động của Unicast Addresses. Mô tả các bước:

• Khởi nguyên gói tin: Host tạo ra một gói tin dữ liệu muốn gửi đến máy chủ.
• Đóng gói dữ liệu: Gói tin IP sau đó được đóng gói trong một khung Ethernet. Trong khung Ethernet này, địa chỉ MAC nguồn (Source Mac) sẽ là địa chỉ MAC của Host, và địa chỉ MAC đích (Dest. Mac) sẽ là địa chỉ MAC của máy chủ.
• Truyền gói tin: Gói tin được truyền đi qua mạng. Mỗi thiết bị mạng (như switch hoặc router) sẽ sử dụng địa chỉ MAC đích để xác định nơi gửi gói tin tiếp theo.
• Nhận gói tin: Máy chủ nhận gói tin, kiểm tra địa chỉ MAC đích và xác định rằng gói tin là dành cho nó. Nó sau đó sẽ xử lý gói tin và phản hồi nếu cần thiết.

Ứng dụng

Unicast thường được sử dụng trong giao tiếp mạng hàng ngày, như truy cập web, gửi email, hoặc chuyển file. Do tính chất đích danh của nó, Unicast đảm bảo rằng dữ liệu được gửi một cách an toàn và riêng tư từ nguồn đến đích.

2. Multicast MAC address

Multicast Addresses được sử dụng để gửi dữ liệu đến một nhóm các thiết bị trên mạng. Một gói tin gửi đến địa chỉ Multicast sẽ được chuyển đến tất cả các thành viên trong nhóm đó. Đây là hình thức giao tiếp one-to-many, hữu ích trong các ứng dụng như phát sóng video hoặc âm thanh trực tiếp, dữ liệu cần được chia sẻ với nhiều người nhận cùng một lúc.

Ví dụ: Một tổ chức quyết định tổ chức một cuộc họp qua video cho nhiều chi nhánh trên khắp thế giới. Để tiết kiệm băng thông và tối ưu hóa việc phân phối video, cuộc họp được phát qua địa chỉ Multicast. Như vậy, dữ liệu video chỉ được truyền một lần qua mạng nhưng có thể được nhận bởi tất cả các địa điểm đăng ký tham gia, giảm thiểu việc sử dụng băng thông so với việc gửi dữ liệu một cách riêng lẻ đến mỗi địa chỉ Unicast.

Hình ảnh trên minh họa cho cách thực hoạt động của Multicast Addresses. Mô tả các bước:

• Tạo gói tin: Host tạo ra một gói tin IP với địa chỉ nguồn là 192.168.1.8 và địa chỉ đích là 224.0.0.10, đây là địa chỉ Multicast dành cho một nhóm cụ thể.
• Đóng gói vào khung Ethernet: Gói tin IP sau đó được đóng gói trong một khung Ethernet với địa chỉ MAC nguồn là của host và địa chỉ MAC đích là địa chỉ Multicast tương ứng.
• Phân phối gói tin: Khi khung Ethernet được truyền đi trong mạng, các switch mạng sẽ nhận biết địa chỉ MAC đích là một địa chỉ Multicast và sẽ gửi gói tin đến tất cả các port có host đăng ký nhận gói tin từ địa chỉ Multicast đó.
• Nhận gói tin bởi nhiều host: Các host trong nhóm đăng ký Multicast sẽ nhận gói tin và xử lý nó. Trong hình, các máy tính có biểu tượng thư mục được hiểu là những máy đã đăng ký với địa chỉ Multicast và sẽ nhận gói tin.

Ứng dụng

Multicast được ứng dụng trong các tình huống cần hiệu quả về băng thông khi phân phối cùng một nội dung đến nhiều người nhận. Các dịch vụ như IPTV, phát sóng trực tiếp các sự kiện thể thao, hoặc hội nghị truyền hình đa điểm sử dụng Multicast để giảm tải lưu lượng mạng và tối ưu hóa hiệu suất.

3. Broadcast MAC address

Broadcast Addresses là địa chỉ dùng để gửi dữ liệu đến tất cả các thiết bị trong một mạng cục bộ (LAN). Gói tin gửi đến địa chỉ Broadcast sẽ được phân phối đến mọi thiết bị trong mạng. Đây là hình thức giao tiếp one-to-all, thường được sử dụng để truy vấn thông tin từ tất cả các thiết bị trên mạng hoặc phân phát thông báo quan trọng.

Ví dụ, trong một mạng cục bộ, khi một máy tính mới được kết nối và cần được cấp phát địa chỉ IP, nó sẽ gửi một yêu cầu DHCP Discover bằng cách sử dụng địa chỉ Broadcast. Yêu cầu này được gửi đến tất cả các thiết bị trên mạng. Máy chủ DHCP, nhận thấy yêu cầu gửi đến địa chỉ Broadcast, sẽ phản hồi với một đề nghị địa chỉ IP bằng cách gửi lại đến địa chỉ MAC Unicast của máy tính mới. Điều này cho phép máy tính mới tự động cấu hình mình với một địa chỉ IP mà không cần sự can thiệp thủ công.

Hình ảnh trên minh họa cho cách thực hoạt động của Broadcast Addresses. Mô tả các bước:

• Khởi tạo gói tin: Host có địa chỉ IP là 192.168.1.8 và địa chỉ MAC là 00-07-E9-A6-F2-53 tạo ra một gói tin dành cho toàn bộ mạng.
• Đóng gói Ethernet: Gói tin IP này sau đó được đóng gói trong một khung Ethernet. Địa chỉ MAC đích được đặt là FF-FF-FF-FF-FF-FF, đây là địa chỉ Broadcast dùng để chỉ định tất cả các thiết bị trong mạng.
• Truyền gói tin: Khi gói tin được gửi đi, mọi thiết bị trên mạng sẽ nhận gói tin này vì nó được gửi đến địa chỉ Broadcast.
• Nhận gói tin: Mỗi host trong mạng sẽ nhận và xử lý gói tin này. Trong mạng LAN, điều này có nghĩa là mọi máy tính, máy in, hoặc thiết bị mạng khác sẽ nhận được thông tin được gửi.

Ứng dụng

Broadcast hữu ích trong việc khám phá mạng hoặc cấu hình tự động. Ví dụ, DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) sử dụng Broadcast để phát địa chỉ IP đến các thiết bị mới khi chúng kết nối với mạng. Ngoài ra, nó cũng được sử dụng để truyền thông báo hệ thống quan trọng đến tất cả các thiết bị trong mạng.

Tài liệu tham khảo

• https://www.geeksforgeeks.org/mac-address-in-computer-network/
• https://csc-knu.github.io/sys-prog/books/Andrew%20S.%20Tanenbaum%20-%20Computer%20Networks.pdf
• https://www.ucg.ac.me/skladiste/blog_44233/objava_64433/fajlovi/Computer%20Networking%20_%20A%20Top%20Down%20Approach,%207th,%20converted.pdf