一分为二的观点:以太网最小帧长为什么是64字节

原文：http://apps.hi.baidu.com/share/detail/15354889

最近由于要做一个关于以太网环境中网络设备时延方面的测试，在RFC2544 上面规定了一些测试时数据包的长度分别为64, 128, 256, 512, 1024, 1280, 1518 Byte("Frame sizes to be used on Ethernet:64, 128, 256, 512, 1024, 1280, 1518")，故重新温习了一下相关方面的知识。下面是网络上相关的一些资料！

总结一下：64字节的由来即以太网帧的18 Byte (目的MAC（6）＋源MAC（6）＋Type（2）＋CRC（4）)加上实际载荷的最小长度46 Byte(数据：46～1500字节) ，总共64字节！

以太网最小帧长为什么是64字节

文章来源：http://hi.baidu.com/yangcbo/blog/item/e43bb2ef64c0db12fcfa3cb9.html ，在此表示感谢！

文章一：

以太网(IEEE 802.3)帧格式：

1、前导码：7字节0x55,一串1、0间隔，用于信号同步

2、帧起始定界符：1字节0xD5(10101011)，表示一帧开始

3、DA(目的MAC)：6字节

4、SA(源MAC)：6字节

5、类型/长度：2字节，0～1500保留为长度域值，1536～65535保留为类型域值(0x0600～0xFFFF)

6、数据：46～1500字节

7、帧校验序列(FCS)：4字节，使用CRC计算从目的MAC到数据域这部分内容而得到的校验和。

以CSMA/CD作为MAC算法的一类LAN称为以太网。CSMA/CD冲突避免的方法：先听后发、边听边发、随机延迟后重发。一旦发生冲突，必须让每台主机都能检测到。关于最小发送间隙和最小帧长的规定也是为了避免冲突。

考虑如下极限的情况，主机发送的帧很小，而两台冲突主机相距很远。 在主机A发送的帧传输到B的前一刻，B开始发送帧。这样，当A的帧到达B时，B检测到冲突，于是发送冲突信号。假如在B的冲突信号传输到A之前，A的帧已 经发送完毕，那么A将检测不到冲突而误认为已发送成功。由于信号传播是有时延的，因此检测冲突也需要一定的时间。这也是为什么必须有个最小帧长的限制。

按照标准，10Mbps以太网采用中继器时，连接的最大长度是 2500米，最多经过4个中继器，因此规定对10Mbps以太网一帧的最小发送时间为51.2微秒。这段时间所能传输的数据为512位，因此也称该时间为 512位时。这个时间定义为以太网时隙，或冲突时槽。512位＝64字节，这就是以太网帧最小64字节的原因。

512位时是主机捕获信道的时间。如果某主机发送一个帧的64字节仍无冲突，以后也就不会再发生冲突了，称此主机捕获了信道。由于信道是所有主机共享的，为避免单一主机占用信道时间过长，规定了以太网帧的最大帧长为1500。

100Mbps以太网的时隙仍为512位时，以太网规定一帧的最小发送时间必须为5.12μs。

1000Mbps以太网的时隙增至512字节，即4096位时，4.096μs。

文章二：

2.碰撞槽时间
假设公共总线媒体长度为S，帧在媒体上的传播速度为0.7C（光速），网络的传输率为R（bps），
帧长为L（bps），tPHY为某站的物理层时延；
则有：
碰撞槽时间=2S/0.7C+2tPHY
因为Lmin/R=碰撞槽时间
所以：Lmin =（2S/0.7C+2tPHY ）×R
Lmin 称为最小帧长度。
碰撞槽时间在以太网中是一个极为重要的参数，有如下特点：
（1）它是检测一次碰撞所需的最长时间。
（2）要求帧长度有个下限。（即最短帧长）
（3）产生碰撞，就会出现帧碎片。
（4）如发生碰撞，要等待一定的时间。t=rT。（T为碰撞槽时间）
2.下面我们来估计在最坏情况下，检测到冲突所需的时间
（1）A和B是网上相距最远的两个主机，设信号在A和B之间传播时延为τ，假定A在t时
刻开始发送一帧，则这个帧在t+τ时刻到达B，若B在t+τ－ε时刻开始发送一帧，则B在t+τ时就
会检测到冲突，并发出阻塞信号。
（2）阻塞信号将在t+2τ时到达A。所以A必须在t+2τ时仍在发送才可以检测到冲突，所以一帧的
发送时间必须大于2τ。
（3）按照标准，10Mbps以太网采用中继器时，连接最大长度为2500米，最多经过4个中继器，因
此规定对于10Mbps以太网规定一帧的最小发送时间必须为51.2μs。
（3）51.2μs也就是512位数据在10Mbps以太网速率下的传播时间，常称为512位时。这个时间定
义为以太网时隙。512位时=64字节，因此以太网帧的最小长度为512位时=64字节。

2，以太网18字节，我想应该是“目的MAC（6）＋源MAC（6）＋Type（2）＋CRC（4）

3，至于IP最大传输单元1500，只是规定

文章三：

Lmin/R = 2*S/(0.7*C) + 2*Tphy + n*Tr

Lmin - 最小帧长
R - 网络速率（10M等）
S - 碰撞域   （*2 表示一来一回，划个图就明白了）
C - 标准光速（*0.7表示在双绞线中，用光纤的话别论）
Tphy - 物理层延时（*2 是因为要经过一收一发两个主机的物理层）
Tr - 中继器延时（一般来说，相当于两个物理层的延时

原理：

如图示：

主机 A                   中继器 B             主机 B
--------------------------------------------------
   |          物理层         |    |                |
--------------------------------------------------
   |                        |    |                |
   +-----------------------+    +---------------+
   
   |<------------------   S -------------------->|
   
根据以太网媒体访问控制机制，A 在发出长度为La的数据流后
如果收到B返回的碰撞指示，则停止该帧的发送，并且发32bit
的010101...以强化碰撞；并延时t = r*T 这样长的时间；
其中T = 1/C，r是一个在(0, 2^k)内的随机数，k = min(n,10)
n 为本次发生连续碰撞的次数，如果n过大则上交高层处理。

如果我们先规定了碰撞域S。情况如下：
主机A以R的速率发送，以0.7*C的光速到达B，然后发生碰撞
返回A，一共的路程是2*S，此时对应的帧长度即为Lmin。因为
如果La
碰撞指示就失去了意义，媒体访问控制就失败了。
如果先定义了Lmin，同样可以定出S。

如 IEEE 802.3 Lmin = 64B；设R = 10M bps Tphy = 15us
Tr = 0   则可以计算出 S = 2.3km  

在实际应用当中，还要考虑信号在介质上的有效距离，对于
双绞线来说，有效距离要小于S，这样就会引入中继器来延长
传输距离，但是可以看出，这又将减小S。所以这是一对矛盾，
在设计以太网时，应该加以考虑。

以太网帧为什么最小是64个字节

文章来源： http://hi.baidu.com/hltky2008/blog/item/53ae8136efca58370a55a90a.html ，致谢！

以太网帧为什么最小要64个字节，512bit(个位)

看这个理论时，希望你能静下心来，看上二到三次再画个图想一想，真正了解原理

以太网是无连接的，不可靠的服务，采用尽力传输的机制。以太网CSMA/CD我就不多讲了，我相信大家都了解这个原理。
以太网是不可靠的，这意味着它并不知道对方有没有收到自己发出的数据包，但如果他发出的数据包发生错误，他会进行重传。以太网的错误主要是发生碰撞，碰撞是指两台机器同时监听到网络是空闲的，同时发送数据，就会发生碰撞，碰撞对于以太网来说是正常的。
我们来看一下，假设A检测到网络是空闲的，开始发数据包，尽力传输，当数据包还没有到达B时，B也监测到网络是空闲的，开始发数据包，这时就会发生碰 撞，B 首先发现发生碰撞，开始发送碰撞信号，所谓碰撞信号，就是连续的01010101或者10101010,十六进制就是55或AA。这个碰撞信号会返回到 A，如果碰撞信号到达A时，A还没有发完这个数据包，A就知道这个数据包发生了错误，就会重传这个数据包。但如果碰撞信号会返回到A时，数据包已经发完， 则A不会重传这个数据包。
我们先看一下，以太网为什么要设计这样的重传机制。首先，以太网不想采用连接机制，因为会降低效率，但他又想有一定的重传机制，因为以太网的重传是微秒 级，而传输层的重传，如TCP的重传达到毫秒级，应用层的重传更达到秒级，我们可以看到越底层的重传，速度越快，所以对于以太网错误，以太网必须有重传机 制。
要保证以太网的重传，必须保证A收到碰撞信号的时候，数据包没有传完，要实现这一要求，A和B之间的距离很关键，也就是说信号在A和B之间传输的来回时间 必须控制在一定范围之内。IEEE定义了这个标准，一个碰撞域内，最远的两台机器之间的round-trip time 要小于512bit time.(来回时间小于512位时，所谓位时就是传输一个比特需要的时间）。这也是我们常说的一个碰撞域的直径。
512个位时，也就是64字节的传输时间，如果以太网数据包大于或等于64个字节，就能保证碰撞信号到达A的时候，数据包还没有传完。
这就是为什么以太网要最小64个字节，同样，在正常的情况下，碰撞信号应该出现在64个字节之内，这是正常的以太网碰撞，如果碰撞信号出现在64个字节之后，叫 late collision。这是不正常的。
我们以前学习CISCO网络的时候，CISCO交换机有一种转发方式叫fragment-free，叫无碎片转发，他就是检查64个字节之内有没有错误，有的话不转发，这样就排除了正常的以太网错误包。

[求助]关于以太网的最小帧64Bytes，1518 Bytes

内容来源：http://www.360doc.com/ ，致谢！

大家好，记得以前在论坛上看到过关于以太网最小帧 64 Bytes 的由来，是一个算式，计算出来了这是CSMA/CD算法探测冲突的最小传输时间，但是刚才在论坛上翻了半天，没看到，哪位大虾能再为小弟解释一下么？谢谢了

另外，在有些资料上看到以太网的帧头开销是18字节，但是请问这是怎么得来的？因为 Dst MAC + Src MAC + Type（Length）只有12 Bytes(注意：这里应该是14字节)，另外的 6 Bytes 从何而来呢？

最后一个问题，以太网为什么要规定最大传输单元 1518 Bytes？

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问题很菜，大家不要笑我

1,关于最小字节的由来

2.碰撞槽时间
假设公共总线媒体长度为S，帧在媒体上的传播速度为0.7C（光速），网络的传输率为R（bps），
帧长为L（bps），tPHY为某站的物理层时延；
则有：
碰撞槽时间=2S/0.7C+2tPHY
因为Lmin/R=碰撞槽时间
所以：Lmin =（2S/0.7C+2tPHY ）×R
Lmin 称为最小帧长度。
碰撞槽时间在以太网中是一个极为重要的参数，有如下特点：
（1）它是检测一次碰撞所需的最长时间。
（2）要求帧长度有个下限。（即最短帧长）
（3）产生碰撞，就会出现帧碎片。
（4）如发生碰撞，要等待一定的时间。t=rT。（T为碰撞槽时间）
2.下面我们来估计在最坏情况下，检测到冲突所需的时间
（1）A和B是网上相距最远的两个主机，设信号在A和B之间传播时延为τ，假定A在t时
刻开始发送一帧，则这个帧在t+τ时刻到达B，若B在t+τ－ε时刻开始发送一帧，则B在t+τ时就
会检测到冲突，并发出阻塞信号。
（2）阻塞信号将在t+2τ时到达A。所以A必须在t+2τ时仍在发送才可以检测到冲突，所以一帧的
发送时间必须大于2τ。
（3）按照标准，10Mbps以太网采用中继器时，连接最大长度为2500米，最多经过4个中继器，因
此规定对于10Mbps以太网规定一帧的最小发送时间必须为51.2μs。
（3）51.2μs也就是512位数据在10Mbps以太网速率下的传播时间，常称为512位时。这个时间定
义为以太网时隙。512位时=64字节，因此以太网帧的最小长度为512位时=64字节。

2，以太网18字节，我想应该是“目的MAC（6）＋源MAC（6）＋Type（2）＋CRC（4）

3，至于IP最大传输单元1500，只是规定

有些把以太网帧的前导字符部分也算到帧头里面了

IEEE 802.3标准的第一个版本于1983年６月24日发布，由于Xerox将关于CSMA/CD的４件专利转交给IEEE，IEEE以极低的价格授权生产企 业使用相应专利，所以使用IEEE 802.3标准生产产品不存在高昂专利费用问题。随后，802.3标准得到了ANSI和ISO的认可，使IEEE 802.3标准成为一个开放的、权威的标准。
虽然与Ethernet II标准发布时间差不多，而且IEEE 802.3的标准级别比前者高得多，但在标准发布后的十多年，802.3标准在应用中仅仅能与Ethernet II平分秋色，其本质原因是802.3标准中的帧结构必须配合802.2标准使用，这大大减小了应用的灵活性并显著增加了协议的开销，复杂加之效率低使 802.3难以占上风。
在1998年编辑中802.3工作组对802.3标准进行了重大改动，最后完成了新版标准IEEE 802.3-2002。2002版的802.3标准对MAC帧结构进行了重大改进使之具备Ethernet II封装灵活性，从而在应用中完全取代了Ethernet II，使IEEE 802.3-2002标准成为以太网的唯一标准。
2005年以来又开始制定802.3标准的新版本。
802.3-2002标准定了以太网的头结构为DA(6)+SA(6)+Len/Type(2)=14字节。