[网络基础]以太网的最大和最小帧长是怎样计算的

1、以太网的最小帧长

前提条件：10Mbps的传输速率；载波多路复用/冲突检测（CSMA/CD）

（1）、CSMA/CD

（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听多点接入/碰撞检测)。在传统的共享以太网中，所有的节点共享传输介质。如何保证传输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务，就是以太网的介质访问控制协议要解决的问题。

载波监听（carrier sense）：以太网上的各个工作站在发送数据时，都要监听总线上有没有数据正在传输。

若有数据传输（称总线为忙），则不发送数据

       若无数据传输（称总线为空），可以立即发送准备好的数据

多路访问：

以太网上的各个工作站在发送数据时，共用一条总线，且发送数据是广播式的

冲突（碰撞）：以太网上有两个或两个以上的工作站同时发送数据，在总线上就会产生信号的冲突；哪个工作站接收到的数据都辨别不出真正的信息。

（2）、以太网的探测帧

冲突产生：

总线处于空的状态，而且工作站是依次监听到空的状态，那么各个工作站就会陆续向总线发送数据。

     A工作站发送的数据还未传递到另一个要发送数据B工作站。那么B工作站就会认为总线为空的状态，就会向总线发送数据。造成冲突。

       这仅仅是两个工作站，实际上可能有更多的工作站。

    冲突解决方法：

问题：必须采取一种办法；否则，则会导致工作站一直向总线注入数据，而又会检测到冲突。既浪费工作站和总线的资源，又会导致数据迟迟发不出去。

原理：假设某个工作站检测到冲突发生，就发送碰撞信号，使冲突更加明显，使得所有工作站都能检测到总线发生冲突。然后每个想要发送数据的工作站，检测到总线为空，在发送数据之前，先发送一个数据帧（探测帧）。探测帧的长度既要求最快速的到达目的地（尽量小），又要保证探测帧的传递时间足够（发送时间大于所有工作站监测到冲突并发送碰撞的时间）使得其他工作站能够监听到。这个探测帧的长度就是以太网规定的最小帧长。

结果就是，如果没有工作站发出碰撞信号打断探测帧的传输，那么就代表总线确实为空，并且没有工作站和“我”争抢总线资源。然后就可以正式发送数据。

        例：重新上述内容，A工作站发送向总线数据，B工作站在未检测到A工作站发送的数据时，以为总线为空，开始发送数据。冲突产生；假设B工作站监测到冲突，然后发送一个碰撞信号（01010101或者10101010）。如果A工作站未发送完毕，则会重新发送。（因为冲突已经导致之前发送的数据无法辨认了）

（3）、如何计算最小帧长？

10Mbps以太网中规定，最大连接距离是2500米。

一帧的传输时间等于   传输时延  +  工作站发送时间（有快有慢）；

所以10Mbps以太网直接规定一帧的最小发送时间为51.2μs

最小帧长度 = 10Mbps * 51.2μs =512bit = 64字节

这是对于10Mbps以太网

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。

结论：以太网的最小帧长，是因为使用CSMA/CD的原因；对于1000Mb/s的吉比特以太网，MAC层有两种选择，要么保留CSMA/CD，要么不用它。若保留CSMA/CD协议，必须面临碰撞检测问题，这就要再一次减小网络的最大有效传输距离到25米。当然您可以不缩短网络的距离，而是增加一个帧的程度，就如我们开始分析100Mb/s以太网那样，让一个帧持续足够长的时间。但因为上层来的数据没有这么多，所以就需要在MAC层进行一些无用数据的填充来满足这个要求。

最后：

   最小帧长/传输速率 正比于 网络最大传输距离/光速

光速是恒定的，最大传输距离根据信号衰减人为规定的。传输速率也是设计好的。

2、以太网最大帧长

IP的首部中的IP数据报总长度有16位，代表可以传送65535字节，加上以太网头，应该最大为65553字节。

但是在10Mbps以太网上，将会占用共享链路长达50ms,这将严重影响其它主机的通信，特别是对延迟敏感的应用是无法接受的。

而如果采用小包传送，那么每个帧上都有以太网头，IP头，可能有TCP头或者UDP头。这样导致，越小的帧，传输效率越低。

最后以太网规定，最大帧长的数据长度为1500个字节（只是规定）

 

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