為什麼802.3MAC幀最小是64位元組

看下圖:

| Pre | SFD | DA | SA | Length Type | Data unit + pad | FCS |

|__7__|__1__|__6_|__6_|______2______|______46-1500____|__4__|

前導碼字段(Pre):由7個位元組組成。其功能是使接收器建立比特同步。編碼形式為多個“1”或“0”交替構成的二進制序列,最後一比特為“0”。

幀首定界符(SFD):是MAN幀的第2個字段,其編碼形式為“10101011”序列，長度剛好為一個位元組。該字段的功能是訓示一幀的開始。

目的位址字段(DA):為第3個字段，長度為6個位元組。該字段用來指出幀要發住的工作站。

源點位址(SA)處于終點位址字段之後,其長度也為6個位元組。該字段功能是訓示發送該幀的工作站位址。

長度訓示符字段為第5個字段，其長度為2個位元組，用來訓示緊随其後的邏輯鍊路控制(LLC)資料位元組的長度，長度機關為位元組數。

LLC資料字段是幀要載攜的使用者資料，該資料由LLC子層提供或接收。

填充(PAD)字段緊接的LLC之後，用來對LLC資料進行填加，以保證幀有足夠長度，适應前面所述的碰撞檢測的需要。

幀檢驗序列(FCS)處于幀的最後，其長度為32比特，用于檢驗幀在傳輸過程中有無差錯。

幀總值最小為64位元組。這是因為：

A.當站點正在發送資料時，發生了沖突，就将未發送的部分丢棄，這樣導緻了實體線路上的殘餘幀的LEN可能為0，若MAC的LEN為0是合法的将無法差別。

B.另一個原因是為了防止一個站點發送短幀時，在第一比特還未到達線纜的最遠端就已完成發送，這時它會認為已成功的發送完資料；如果最遠端也同時發送一幀資料，它檢測到了沖突即發送一沖突幀，這樣發送方必須在發送完資料之前接收到最遠端的沖突幀，否則将生産沖突而檢測不到的現象。在一個最大長度為2500米，擁有4個中繼器的10Mb/s的區域網路中，允許的最小發送時間為51.2us，這個時間等于64位元組的發送時間，64位元組就是是以而來。

以太網是無連接配接的，不可靠的服務，采用盡力傳輸的機制。以太網CSMA/CD我就不多講了，我相信大家都了解這個原理。

以太網是不可靠的，這意味着它并不知道對方有沒有收到自己發出的資料包，但如果他發出的資料包發生錯誤，他會進行重傳。以太網的錯誤主要是發生碰撞，碰撞是指兩台機器同時監聽到網絡是空閑的，同時發送資料，就會發生碰撞，碰撞對于以太網來說是正常的。

我們來看一下，假設A檢測到網絡是空閑的，開始發資料包，盡力傳輸，當資料包還沒有到達B時，B也監測到網絡是空閑的，開始發資料包，這時就會發生碰撞，B首先發現發生碰撞，開始發送碰撞信号，所謂碰撞信号，就是連續的01010101或者10101010,十六進制就是55或AA。這個碰撞信号會傳回到A，如果碰撞信号到達A時，A還沒有發完這個資料包，A就知道這個資料包發生了錯誤，就會重傳這個資料包。但如果碰撞信号會傳回到A時，資料包已經發完，則A不會重傳這個資料包。

我們先看一下，以太網為什麼要設計這樣的重傳機制。首先，以太網不想采用連接配接機制，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，是以對于以太網錯誤，以太網必須有重傳機制。

要保證以太網的重傳，必須保證A收到碰撞信号的時候，資料包沒有傳完，要實作這一要求，A和B之間的距離很關鍵，也就是說信号在A和B之間傳輸的來回時間必須控制在一定範圍之内。IEEE定義了這個标準，一個碰撞域内，最遠的兩台機器之間的round-trip time 要小于512bit time.(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位元組的傳輸時間，如果以太網資料包大于或等于64個位元組，就能保證碰撞信号到達A的時候，資料包還沒有傳完。

這就是為什麼以太網要最小64個位元組，同樣，在正常的情況下，碰撞信号應該出現在64個位元組之内，這是正常的以太網碰撞，如果碰撞信号出現在64個位元組之後，叫 late collision。這是不正常的。

總結：最小資料幀的設計原因和以太網電纜長度有關,為的是讓兩個相距最遠的站點能夠感覺到雙方的資料發生了碰撞;最遠兩端資料的往返時間就是争用期,以太網的争用期是51.2微妙,正好發送64byte資料;最長資料幀應該和資料鍊路層信道使用率有關,隻有1514最合理.

1,關于最小位元組的由來

2.碰撞槽時間

假設公共總線媒體長度為S，幀在媒體上的傳播速度為0.7C（光速），網絡的傳輸率為R（bps），

幀長為L（bps），tPHY為某站的實體層時延；

則有：

碰撞槽時間=2S/0.7C+2tPHY

因為Lmin/R=碰撞槽時間

是以：Lmin =（2S/0.7C+2tPHY ）×R

Lmin 稱為最小幀長度。

碰撞槽時間在以太網中是一個極為重要的參數，有如下特點：

（1）它是檢測一次碰撞所需的最長時間。

（2）要求幀長度有個下限。（即最短幀長）

（3）産生碰撞，就會出現幀碎片。

（4）如發生碰撞，要等待一定的時間。t=rT。（T為碰撞槽時間）

2.下面我們來估計在最壞情況下，檢測到沖突所需的時間

（1）A和B是網上相距最遠的兩個主機，設信号在A和B之間傳播時延為τ，假定A在t時

刻開始發送一幀，則這個幀在t+τ時刻到達B，若B在t+τ－ε時刻開始發送一幀，則B在t+τ時就

會檢測到沖突，并發出阻塞信号。

（2）阻塞信号将在t+2τ時到達A。是以A必須在t+2τ時仍在發送才可以檢測到沖突，是以一幀的

發送時間必須大于2τ。

（3）按照标準，10Mbps以太網采用中繼器時，連接配接最大長度為2500米，最多經過4個中繼器，因

此規定對于10Mbps以太網規定一幀的最小發送時間必須為51.2μs。

（3）51.2μs也就是512位資料在10Mbps以太網速率下的傳播時間，常稱為512位時。這個時間定

義為以太網時隙。512位時=64位元組，是以以太網幀的最小長度為512位時=64位元組。