为什么802.3MAC帧最小是64字节?

看下图:

| Pre | SFD | DA | SA | Length Type | Data unit + pad | FCS |
|__7__|__1__|__6_|__6_|______2______|______46-1500____|__4__|

前导码字段(Pre):由7个字节组成。其功能是使接收器建立比特同步。编码形式为多个“1”或“0”交替构成的二进制序列,最后一比特为“0”。

帧首定界符(SFD):是MAN帧的第2个字段,其编码形式为“10101011”序列，长度刚好为一个字节。该字段的功能是指示一帧的开始。

目的地址字段(DA):为第3个字段，长度为6个字节。该字段用来指出帧要发住的工作站。

源点地址(SA)处于终点地址字段之后,其长度也为6个字节。该字段功能是指示发送该帧的工作站地址。

长度指示符字段为第5个字段，其长度为2个字节，用来指示紧随其后的逻辑链路控制(LLC)数据字节的长度，长度单位为字节数。

LLC数据字段是帧要载携的用户数据，该数据由LLC子层提供或接收。

填充(PAD)字段紧接的LLC之后，用来对LLC数据进行填加，以保证帧有足够长度，适应前面所述的碰撞检测的需要。

帧检验序列(FCS)处于帧的最后，其长度为32比特，用于检验帧在传输过程中有无差错。

帧总值最小为64字节。这是因为：
A.当站点正在发送数据时，发生了冲突，就将未发送的部分丢弃，这样导致了物理线路上的残余帧的LEN可能为0，若MAC的LEN为0是合法的将无法区别。
B.另一个原因是为了防止一个站点发送短帧时，在第一比特还未到达线缆的最远端就已完成发送，这时它会认为已成功的发送完数据；如果最远端也同时发送一帧数据，它检测到了冲突即发送一冲突帧，这样发送方必须在发送完数据之前接收到最远端的冲突帧，否则将生产冲突而检测不到的现象。在一个最大长度为2500米，拥有4个中继器的10Mb/s的局域网中，允许的最小发送时间为51.2us，这个时间等于64字节的发送时间，64字节就是因此而来。

 

 

 

 

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。

总结：最小数据帧的设计原因和以太网电缆长度有关,为的是让两个相距最远的站点能够感知到双方的数据发生了碰撞;最远两端数据的往返时间就是争用期,以太网的争用期是51.2微妙,正好发送64byte数据;最长数据帧应该和数据链路层信道利用率有关,只有1514最合理.

 

 

1,关于最小字节的由来

2.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）
2.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。