為什么以太網(wǎng)的最小數(shù)據(jù)幀為64字節(jié)

1、為什么以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀最小為64字節(jié)如果把“以太網(wǎng)”比作是一棟“房子”，這棟房子可以算得上是人類構建的非常了不起的“建筑”了，以太網(wǎng)設計人員制定了一系列的標準，這些看似有意義似乎又沒有意義的數(shù)字、標準構成了以太網(wǎng)的磚瓦基石，今天我們來看一塊位于這棟“房子”底層的“磚基”以太網(wǎng)最小幀長為什么是64字節(jié)。首先我們先來看一下以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的格式：e2EthernetIIIEEE分配.家分配MAC地址涮尋閆日斯地肚松齡碼QDOO.QC、前導碼幀起始定界符：字節(jié)，一串、間隔，用于信號同步，字節(jié),表示一幀開始、目的地址：、字節(jié)、源地址：、字節(jié)、類型/長度：2字節(jié)，0、0保0留為長度域值，、3、保3留、為類型域值

2、、數(shù)據(jù)：字節(jié)、幀校驗序列：字節(jié)，使用計算從目的到數(shù)據(jù)域這部分內容而得到的校驗和。以太網(wǎng)幀格式：、前導碼：字節(jié)一串、間隔，用于信號同步、幀起始定界符：字節(jié)，表示一幀開始、目的：字節(jié)、源：字節(jié)保3留、為類型域值、類型/長度：2字節(jié)，0、0保0留為長度域值，、3、數(shù)據(jù)：4、0字0節(jié)7、幀校驗序列(FCS)：4字節(jié)，使用CRC計算從目的MAC到數(shù)據(jù)域這部分內容而得到的校驗和。據(jù)RFC894的說明，以太網(wǎng)封裝IP數(shù)據(jù)包的最大長度是1500字節(jié)，也就是說以太網(wǎng)最大幀長應該是以太網(wǎng)首部加上1500，再加上7字節(jié)的前導同步碼和1字節(jié)的幀開始定界符，具體就是：7字節(jié)前導同步嗎+1字節(jié)幀開始定界符+6字節(jié)的目的M

3、AC+6字節(jié)的源MAC+2字節(jié)的幀類型+15004字節(jié)的FCS。按照上述，最大幀應該是1526字節(jié)，但是實際上我們抓包得到的最大幀是1514字節(jié)，為什么不是1526字節(jié)呢？原因是當數(shù)據(jù)幀到達網(wǎng)卡時，在物理層上網(wǎng)卡要先去掉前導同步碼和幀開始定界符，然后對幀進行CRC檢驗，如果幀校驗和錯，就丟棄此幀。如果校驗和正確，就判斷幀的目的硬件地址是否符合自己的接收條件(目的地址是自己的物理硬件地址、廣播地址、可接收的多播硬件地址等)，如果符合，就將幀交“設備驅動程序”做進一步處理。這時我們的抓包軟件才能抓到數(shù)據(jù)，因此，抓包軟件抓到的是去掉前導同步碼、幀開始分界符、FCS之外的數(shù)據(jù)，其最大值是6+6+2+1

4、500=1514。以太網(wǎng)規(guī)定，以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)域部分最小為46字節(jié)，也就是以太網(wǎng)幀最小是6+6+2+46+4=64。除去4個字節(jié)的FCS，因此，抓包時就是60字節(jié)。當數(shù)據(jù)字段的長度小于46字節(jié)時，MAC子層就會在數(shù)據(jù)字段的后面填充以滿足數(shù)據(jù)幀長不小于64字節(jié)。由于填充數(shù)據(jù)是由MAC子層負責，也就是設備驅動程序。以CSMA/CD作為MAC算法的一類LAN稱為以太網(wǎng)。CSMA/CD沖突避免的方法：先聽后發(fā)、邊聽邊發(fā)、隨機延遲后重發(fā)。一旦發(fā)生沖突，必須讓每臺主機都能檢測到。關于最小發(fā)送間隙和最小幀長的規(guī)定也是為了避免沖突。以太網(wǎng)是無連接的，不可靠的服務，采用盡力傳輸?shù)臋C制。以太網(wǎng)CSMA/CD我就不多講

5、了，我相信大家都了解這個原理。以太網(wǎng)是不可靠的，這意味著它并不知道對方有沒有收到自己發(fā)出的數(shù)據(jù)包，但如果他發(fā)出的數(shù)據(jù)包發(fā)生錯誤，他會進行重傳。以太網(wǎng)的錯誤主要是發(fā)生碰撞，碰撞是指兩臺機器同時監(jiān)聽到網(wǎng)絡是空閑的，同時發(fā)送數(shù)據(jù)，就會發(fā)生碰撞，碰撞對于以太網(wǎng)來說是正常的。我們來看一下，假設A檢測到網(wǎng)絡是空閑的，開始發(fā)數(shù)據(jù)包，盡力傳輸，當數(shù)據(jù)包還沒有到達B時，B也監(jiān)測到網(wǎng)絡是空閑的，開始發(fā)數(shù)據(jù)包，這時就會發(fā)生碰撞，B首先發(fā)現(xiàn)發(fā)生碰撞，開始發(fā)送碰撞信號，所謂碰撞信號，就是連續(xù)的01010101或者10101010，十六進制就是55或AA。這個碰撞信號會返回到A，如果碰撞信號到達A時，A還沒有發(fā)完這個數(shù)據(jù)

6、包，A就知道這個數(shù)據(jù)包發(fā)生了錯誤，就會重傳這個數(shù)據(jù)包。但如果碰撞信號會返回到A時，數(shù)據(jù)包已經發(fā)完，則A不會重傳這個數(shù)據(jù)包。我們先看一下，以太網(wǎng)為什么要設計這樣的重傳機制。首先，以太網(wǎng)不想采用連接機制，因為會降低效率，但他又想有一定的重傳機制，因為以太網(wǎng)的重傳是微秒級，而傳輸層的重傳，如TCP的重傳達到毫秒級，應用層的重傳更達到秒級，我們可以看到越底層的重傳，速度越快，所以對于以太網(wǎng)錯誤，以太網(wǎng)必須有重傳機制。要保證以太網(wǎng)的重傳，必須保證A收到碰撞信號的時候，數(shù)據(jù)包沒有傳完，要實現(xiàn)這一要求，A和B之間的距離很關鍵，也就是說信號在A和B之間傳輸?shù)膩砘貢r間必須控制在一定范圍之內。IEEE定義了這個標

7、準，一個碰撞域內，最遠的兩臺機器之間的round-triptime要小于512bittime.（來回時間小于512位時，所謂位時就是傳輸一個比特需要的時間）。這也是我們常說的一個碰撞域的直徑。512個位時，也就是64字節(jié)的傳輸時間，如果以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包大于或等于64個字節(jié)，就能保證碰撞信號到達A的時候，數(shù)據(jù)包還沒有傳完。這就是為什么以太網(wǎng)要最小64個字節(jié)，同樣，在正常的情況下，碰撞信號應該出現(xiàn)在64個字節(jié)之內，這是正常的以太網(wǎng)碰撞，如果碰撞信號出現(xiàn)在64個字節(jié)之后，叫l(wèi)atecollision這是不正常的?？偨Y：最小數(shù)據(jù)幀的設計原因和以太網(wǎng)電纜長度有關，為的是讓兩個相距最遠的站點能夠感知到雙方的數(shù)據(jù)發(fā)生了碰撞;最遠兩端數(shù)據(jù)的往返時間就是爭用期，以太網(wǎng)的爭用期是51.2微妙，正好發(fā)送64byte數(shù)據(jù)。交換機在傳輸一個64字節(jié)的數(shù)據(jù)包時，具體的數(shù)據(jù)包在傳輸過程中會在每個包的前面加上64個bitpreamble（前導符），然后在每個包之間會有96個bit的IFG（幀間隙），也就是原本傳輸一個64個字節(jié)的數(shù)據(jù)包，雖只有512個bit，但在傳輸過程中實際上會有512+64+96=672bit，也就是說，傳輸一個64字節(jié)數(shù)據(jù)包，但是這時一個數(shù)據(jù)包的長度實際上是有672bit的。千兆端口線速包轉發(fā)率=1000Mbps/672=1.488095