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以太网帧最小字节数以及以太网碰撞率(collision rate)

孟飞阳
 孟飞阳
发布于 2016/06/14 15:37
字数 1699
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        以太网是无连接的,不可靠的服务,采用尽力传输的机制。以太网CSMA/CD我就不多讲了,我相信大家都了解这个原理。
        以太网是不可靠的,这意味着它并不知道对方有没有收到自己发出的数据包,但如果他发出的数据包发生错误,他会进行重传。以太网的错误主要是发生碰撞,碰撞是指两台机器同时监听到网络是空闲的,同时发送数据,就会发生碰撞,碰撞对于以太网来说是正常的。
我们来看一下,假设A检测到网络是空闲的,开始发数据包,尽力传输,当数据包还没有到达B时,B也监测到网络是空闲的,开始发数据包,这时就会发生碰撞,B 首先发现发生碰撞,开始发送碰撞信号,所谓碰撞信号,就是连续的01010101或者10101010,十六进制就是55或AA。这个碰撞信号会返回到 A,如果碰撞信号到达A时,A还没有发完这个数据包,A就知道这个数据包发生了错误,就会重传这个数据包。但如果碰撞信号会返回到A时,数据包已经发完,则A不会重传这个数据包。
        我们先看一下,以太网为什么要设计这样的重传机制。首先,以太网不想采用连接机制,因为会降低效率,但他又想有一定的重传机制,因为以太网的重传是微秒级,而传输层的重传,如TCP的重传达到毫秒级,应用层的重传更达到秒级,我们可以看到越底层的重传,速度越快,所以对于以太网错误,以太网必须有重传机制。
        要保证以太网的重传,必须保证A收到碰撞信号的时候,数据包没有传完,要实现这一要求,A和B之间的距离很关键,也就是说信号在A和B之间传输的来回时间必须控制在一定范围之内。IEEE定义了这个标准,一个碰撞域内,最远的两台机器之间的round-trip time 要小于512bit time.(来回时间小于512位时,所谓位时就是传输一个比特需要的时间)。这也是我们常说的一个碰撞域的直径。
        512个位时,也就是64字节的传输时间,如果以太网数据包大于或等于64个字节,就能保证碰撞信号到达A的时候,数据包还没有传完。
这就是为什么以太网要最小64个字节,同样,在正常的情况下,碰撞信号应该出现在64个字节之内,这是正常的以太网碰撞,如果碰撞信号出现在64个字节之后,叫 late collision。这是不正常的。

MAC帧格式图

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)


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。 

以太网18字节,我想应该是“目的MAC(6)+源MAC(6)+Type(2)+CRC(4)
 

至于IP最大传输单元1500,只是规定

有些把以太网帧的前导字符部分也算到帧头里面了

IEEE 802.3标准的第一个版本于1983年6月24日发布,由于Xerox将关于CSMA/CD的4件专利转交给IEEE,IEEE以极低的价格授权生产企业使用相应专利,所以使用IEEE 802.3标准生产产品不存在高昂专利费用问题。随后,802.3标准得到了ANSI和ISO的认可,使IEEE 802.3标准成为一个开放的、权威的标准。
虽然与Ethernet II标准发布时间差不多,而且IEEE 802.3的标准级别比前者高得多,但在标准发布后的十多年,802.3标准在应用中仅仅能与Ethernet II平分秋色,其本质原因是802.3标准中的帧结构必须配合802.2标准使用,这大大减小了应用的灵活性并显著增加了协议的开销,复杂加之效率低使802.3难以占上风。
在1998年编辑中802.3工作组对802.3标准进行了重大改动,最后完成了新版标准IEEE 802.3-2002。2002版的802.3标准对MAC帧结构进行了重大改进使之具备Ethernet II封装灵活性,从而在应用中完全取代了Ethernet II,使IEEE 802.3-2002标准成为以太网的唯一标准。
2005年以来又开始制定802.3标准的新版本。
802.3-2002标准定了以太网的头结构为DA(6)+SA(6)+Len/Type(2)=14字节。

64字节的由来即以太网帧的18 Byte (目的MAC(6)+源MAC(6)+Type(2)+CRC(4))加上实际载荷的最小长度46 Byte(数据:46~1500字节) ,总共64字节!

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以太网帧最小字节数以及以太网碰撞

说明:本文源自多个网页,原文链接已经不可寻 以太网是无连接的,不可靠的服务,采用尽力传输的机制。以太网CSMA/CD我就不多讲了,我相信大家都了解这个原理。 以太网是不可靠的,这意味着它...

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