以太网最小帧长64字节的由来

什么是以太网？

早期，将**总线网**命名为以太网。总线网简单来说，就是一根电缆导线连接的多个电脑，多个电脑构成的网络。

但随着计算机网络结构发展，以太网已经不仅仅局限于一个电缆连接的多台主机形成的网络了。我们可以分为两类：

* 经典以太网
  * 总线网
  * 集线器连接的多台主机，由集线器连接的多台主机虽然在物理上是星型结构，但是在逻辑上仍然是总线结构（仍然无法隔离冲突域，冲突域就是指一个主机发任意一个信息，这个信息会被这个网络中所有主机都收到）（广播域是指一个主机发送**广播信息**，这个广播信息会被这个网络所有主机收到，路由器才能隔离广播域）
* 交换以太网
  * 交换机/网桥连接的多台主机

而我们教材上对以太网的最小帧长规定是对**经典以太网**而言的。

这个规定的原因就是经典以太网无法隔离冲突域，多台主机是共享信道，可能同时发送信息从而导致冲突。

发送冲突时，因为信号叠加与碰撞，那自然发送的帧就是**坏帧**（不是正确的数据了），为了区分**好帧**和**坏帧**，就规定了一个最小帧长。如果收到帧的数据部分小于46字节（帧其他部分18字节），就是坏帧，就会被丢弃，并且要求重传。

**帧**这个东西听起来比较抽象，但它最终还是要在电缆上跑的，所以它就是电信号的一个封装，封装成一定格式的比特流（成帧方式）。

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好了，上面都是可有可无的。下面正式开始。

经典以太网使用的是 802.3 或者 DIX Ethernet V2 协议。两者区别很小，作为我们学习者来说，有一个不太重要字段有区别，其他都是完全一样的。这完全是历史原因，就不赘述了。

这个协议规定的帧的格式是：

前导码（8字节）目的MAC地址（6字节）源MAC地址（6字节）长度/协议（2字节，这就是两个协议不同的字段）数据部分（46~1500字节）FCS校验码（4字节）

*我们所说的帧大小是不包括前导码的。*

前面说了，经典以太网中的多个主机共享信道，所以需要考虑这样几个问题：

* 多个主机都要发信息，怎么安排？
* 发生了冲突，如何解决？

第一个问题，以太网协议是这样规定的，大家想发就发，但前提是发的时候先看一下信道是空闲的。这就是**载波监听**。
第二个问题，首先我们需要一种方式是知道是否发生冲突，这就是**冲突检测**，检测有冲突了，我们有多种处理方法，比如**二进制后退指数后退**。（这个方法我们这里不多说）

所以，连起来就是**载波监听的冲突检测**，即CSMA/CD（Carrier Sense Mutiple Access with Collision Detection）

这种方式很像我们开会的时候，

* 多个人都要发表意见，随时可以站起来发表，但前提是没人在说话。我们人通过**声音是否传到我们耳朵里**判断当前是否没人说话。而主机则是通过**自己的接收器是否收到电信号**判断当前信道是否空闲。
* 一般开会很少会出现两个同时说话情况，因为我们规定了先检查没人说话再站起来。但是偶尔也会发生两个人抢着站起来了。比如0.00 时候A同学没有听到声音，开启说话，声音传到B同学耳朵里需要1s中，于是B同学在0.49 时候也站起来说话，就发生了冲突。
* 发生冲突本质原因是信息传递是需要时间的，但是我们平时声音传递很快，我们忽略了而已。
* 我们人是怎么知道发生了冲突了呢？A和B的声音在空气中碰撞💥后会向两边返回。A、B都会受到碰撞后的声音，发现和自己说出去声音不一样就知道发生冲突了，于是两个人都停止说话了。
* 两台主机如果发出的信息发生碰撞💥，碰撞信息也会像两边返回，当两台主机接收到碰撞后的信息，就知道自己的信息与别人冲突了，就停止发送更多信息。（在这个过程中发送的最多信息就是最大的坏帧，也就是最小的好帧长度）

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了解了过程，我们现在可以来计算了。

制定规则一定是与当时的历史条件有关的。

以太网的传输距离一般是5KM（太长信号会衰减到无法识别），电磁波在5KM的以太网的电缆传播时间大约是25us。以太网的发送速率为10Mb/s。

计网这里有几个非常容易弄混的名词：

* **传输速率** = 发送速率 是指某个主机发送比特的快慢。
* **传播速率**是指电磁波在电缆经过的速率。

根据前面分析，坏帧长度 = （从发送到碰撞时间 + 碰撞信息返回的时间）* 发送速率 （这段时间主机发送的数据长度）

*要知道发送比特不是说一个时刻点就会同时发送N多个比特，而是1s中发送N个比特，但是都是先后排序的前进的。发生碰撞应该是最前面的第一个比特。*

所以最大坏帧产生情况，应该是AB分别是在电缆的两端，A发的信息在**接近**B的时候碰撞了，然后碰撞信息返回到A，这时间最坏情况下接近 2*25us。

A ____________________________________________________________💥 B

而在这么长时间内，A发出了2*25us * 10Mb/s = 500 bit。

而这个时间虽然理论是最长的，但是为了让帧长可以整除字节，所以规定了512bit为最小帧长。

总结：

* 最短帧长 = 2*传播时间*发送速率
* 2*传播时间 我们也称为争用期时间

（有任何知识性错误请指出，感谢）

什么是以太网？

早期，将总线网命名为以太网。总线网简单来说，就是一根电缆导线连接的多个电脑，多个电脑构成的网络。

但随着计算机网络结构发展，以太网已经不仅仅局限于一个电缆连接的多台主机形成的网络了。我们可以分为两类：

经典以太网
- 总线网
- 集线器连接的多台主机，由集线器连接的多台主机虽然在物理上是星型结构，但是在逻辑上仍然是总线结构（仍然无法隔离冲突域，冲突域就是指一个主机发任意一个信息，这个信息会被这个网络中所有主机都收到）（广播域是指一个主机发送广播信息，这个广播信息会被这个网络所有主机收到，路由器才能隔离广播域）
交换以太网
- 交换机/网桥连接的多台主机

而我们教材上对以太网的最小帧长规定是对经典以太网而言的。

这个规定的原因就是经典以太网无法隔离冲突域，多台主机是共享信道，可能同时发送信息从而导致冲突。

发送冲突时，因为信号叠加与碰撞，那自然发送的帧就是坏帧（不是正确的数据了），为了区分好帧和坏帧，就规定了一个最小帧长。如果收到帧的数据部分小于46字节（帧其他部分18字节），就是坏帧，就会被丢弃，并且要求重传。

帧这个东西听起来比较抽象，但它最终还是要在电缆上跑的，所以它就是电信号的一个封装，封装成一定格式的比特流（成帧方式）。