以太网帧长度为什么不能小于64字节？

Posted 2021-03-24 1million

0 引言

以太网帧长度不能小于64字节这个要求很多人都知道，但是要问为什么，应该有些人就答不上来了，用就是了呗~这样不好，我们要知其然还要知其所以然。
咳咳，不装B。其实在下也是最近把《计算机网络》翻出来看，正好看到了，就拿出来记录一波。

问：到底为什么以太网帧长度不能小于64字节呢？
答：为了避免以太网中信号碰撞。

1 何为碰撞检测？

碰撞检测是CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）协议的一个要点。这个协议又是啥个东东呢？各位都知道TCP/IP体系结构最下面一层是网络接口层，这一层在OSI七层体系结构中又划分为数据链路层和物理层。这里说的CSMA/CD协议就是以太网在数据链路层使用的协议。

碰撞检测也就是局域网中某个站点（也就是主机）在发送数据时，其适配器（通俗点讲就是网卡）会检测信道上是否有其他站在发送数据,检测到则中止帧的发送。因为多个站点同时发送数据，总线上信号叠加会造成信号失真，不能正常解析。所以我们要避免多个站点同时发送数据的冲突，也即避免发生信号碰撞。

2 何为争用期?

首先，大家记住一个数据，电磁波在1km电缆的传播时延约为5μs。

如下图所示，A向B发送数据， τ后到达B（单程端到端传播时延，记为τ）。若B在A的数据到达之前，发送自己的数据（这时B检测信道是空闲的，因为它没收到任何数据），则必然会与A的数据在信道中发生碰撞。而A在开始发送后多久才能知道发生碰撞了呢？要等到B的数据到达A，而A还未结束发送。

假设一个极端情况，当图中所示的时间差δ（δ为B发送数据时刻与A数据到达B的时刻的时间差）趋向于0，则A检测到发生碰撞的时间2τ-δ = 2τ，当超过这个时间都未检测到碰撞，则A发送出的数据就一定不会产生碰撞了。以太网中端到端的往返时间2τ称为争用期，也叫碰撞时间。只有经过争用期这段时间还未检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞，这时就可以放心把这一帧发送完毕。

3 争用期为多少?

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（这个数据百度得来）。按照之前的电磁波在1km电缆的传播时延约为5μs计算，可以得到最大往返时间为((4*2500)/1000)*5μs = 50μs，但实际以太网争用期确定为51.2μs，不仅考虑到以太网的端到端时延，而且还包括其他的许多因素，如存在的转发器所增加的时延，以及强化碰撞的干扰信号（这个概念本文就不解释了，读者自行查阅）的持续时间。

4 以太网帧最小长度

有了争用期51.2μs和以太网传输速率10Mbps（本文讨论的是传统以太网标准），我们可以得出10Mbps*51.2μs=512bit=64Byte，这个数据长度就是以太网帧最小长度。
各位读者想通了吗？当帧长度小于64Byte时，争用期还没结束，帧就已经发送完毕，即使检测到碰撞也不能中止帧的发送。一个异常帧就这么传输出去，显然不是我们想要的。
当规定帧最小长度为64Byte时，只要小于64Byte的帧就被丢弃，大于等于64Byte又一定能检测到是否发生碰撞（发生碰撞即中止发送，没有结束符的帧也会被丢弃）。

5 结语

以上就是以太网帧长度为什么不能小于64字节的原因了，文中内容基本都是从《计算机网络》摘录的知识，自己整理了一下，如有错误欢迎指正~