以太网最小帧长问题

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1.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(SFD)：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(slot time)，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字节。
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。

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

  3) 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。