为什么以太网最小帧是64字节

理解CSMA/CD，主要有三个方面：

1、多点接入：

2、载波监听

3、碰撞检测。

这里值得一提的是，CSMA/CD 使用场景是在一个站不能同时发送数据和接收数据，即适用场景为 半双工通信。

多点接入：就是说这是总线型网络，许多计算机接在总线上。

载波监听：发送前先监听。就是每个计算机在发送数据前，先要检测一下总线上是否有其他站在发送数据。如果有，则暂时不发送数据，等待信道变为空闲时在发送。你可以理解为，汽车要驶入路口时，先按一下喇叭，看看道路内有没有其他车辆。如果有人回应了，那表明狭窄道路上有车辆，暂时不用驶入。

碰撞检测：边发送边监听。网卡边发送数据边监听信道上的信号电压的变化情况，以此来判断自己在发送数据时是否有其人正好也在发送数据。如果确实发送了，总线上的信号电压变化幅度是会增加的（互相叠加），这是总线就认为产生了碰撞。传输的信号会严重失真，失真就是数字信号无法还原成模拟信号(语音、视频）。网卡监听到碰撞了，就会立即停止发送，这样可以节省网络资源的浪费，然后等一会儿（等一个随机时间）再发送。

总线的特点是：当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能监听到这个数据。这也是常说的：广播通信。但现实中，我们并不总是需要一对多通信。所以为了实现一对一通信，专家们就使用了一个叫做适配器的东西，也是我们说的网卡，在上面进行烧录不同的MAC地址进行区分。计算机在发送时，就在数据帧中的“目的Mac”字段填上接收站的地址即可。好比，现实中，我们寄快递一样，写上收件人的地址一样。总线工作有一个特点：总线上只要有一个台计算机在发送数据，总线的传输资源就被占用了。所以，在同一个时间内，只能允许一台计算机来发送数据，否则各个计算机之间就会互相干扰，导致数据不可用。

Destination and Source  MAC address :

网卡：

Rule：当数据帧到达网卡时，在物理层上网卡要先去掉前导同步码和帧开始定界符，然后对帧进行CRC检验，如果帧校验和错，就丢弃此帧。如果校验和正确，就判断帧的目的硬件地址是否符合自己的接收条件（目的地址是自己的物理硬件地址、广播地址、可接收的多播硬件地址等），如果符合，就将帧交“设备驱动程序”做进一步处理。

这时，你可能会有疑问，为什么发送前都已经载波监听了，空闲时才发送，怎么会出现碰撞呢？

这是因为电磁波在总线传播是以有限的速率传播的。可能A机现在检测是空闲的，B机也同时检测是空闲的，于是他们同时发送数据，然后的然后就发送碰撞了。

电磁波在1km电缆的传播时延约为5us。

我们经常把单程端到端的传播时间记为 τ

在T=0时，A发送数据。B检测到信道为空闲。

在T=τ-δ时（这里τ>δ>0），A发送数据还没到达B时，由于B检测到信道是空闲的（为什么B检测是空闲的？前面我们说了，电磁波1km的传播时延是5us，换言之就是5us后B才能检测到信道是忙的，5us之前，B认为是空闲的，于是开始发送数据）。因此B发送数据。

经过时间δ/2后，即在T=τ-δ时，A发送的数据和B发送的数据发生了碰撞。这时，A和B都不知道发送了碰撞。

在T=τ时，只有B先检测到了发生碰撞，于是停止发送数据。

在T=2τ- δ时，A才检测到发生了碰撞，也停止发送数据。

然后A和B就随时选择一个时间，推迟，再重新发送。

由此可知，每一个站，在发送数据时，在一定时间内，都存在碰撞的可能性。

发送数据帧的A站，最多经历2τ时间就可以知道是否遭受碰撞了。我们把这2τ称为争用期，也叫碰撞窗口。

经过这个争用期时间，检测没有发生碰撞，就能肯定这次发送的数据不会发生碰撞。

至此，碰撞问题还是没有解决。专家们就发明了一种算法，来减小发生碰撞的概率，这个算法就是：退避算法。

退避，意思就是推迟，发送碰撞了，利用一种算法，来选择推迟多久才发送数据。

退避算法的思想如下：

1、确定基本退避时间。就是争用期2τ。以太网把争用期2τ定为51.2us 。（至于为什么是这个值，就没必要去纠结了，反正当时专家这么定，你就这么记咯！）

对于10Mb/s以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。

512bit怎么来的？ 就是速率乘以时间，就等于数据量。 

10Mb/s*51.2us=[10*10^6b/s] * [51.2^(-6)s]=512bit 

2、从离散的整数集合随机取出一个数[0,1，2,3……，（2^k-1）]  ,取出来的数，记为r。重传推迟的时间就是r倍的争用期。T=r*2τ

上面k的参数，按照这个计算k=Min[重传次数，10]。  可见，当重传次数不超过10时，参数k=重传次数。如果重传次数超过10时，k就不再增加了，一直等于10。

3、当重传达16次，仍然会不能成功时，就丢弃该帧，向高层报告。说明发送的人太多了，导致连续发送碰撞。

举例：

在第一次重传时，k=1，随机数r从整数{0,1}中选一个数，  可得重传的推迟时间要么为0，要么为1*2τ， 这两个选择一个。

如果再次发送，即第二次重传，k=2，代入[0,1，2,3……，（2^k-1）] ，随机数r从整数{0,1,2,3}选一个数，可得重传推迟时间是0,2τ，4τ，6τ 这4个值随机选择一个。

同理，再次发送碰撞，以此类推。

结论

到这里，我们就可以看出，以太网在发送数据时，如果帧的前64字节没有发送冲突，那么后续的数据就不会发送冲突。换句话说，就是如果发送冲突，就一定是在发送的前64字节之内。因为检测到冲突就停止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节。

因此以太网规定了最短有效帧长为64字节，只要长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。收到这种无效帧就立即丢弃。

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。