[转载]以太网的最小帧长度64B是如何计算出来的？

以CSMA/CD作为MAC算法的一类LAN称为以太网。CSMA/CD冲突避免的方法：先听后发、边听边发、随机延迟后重发。一旦发生冲突，必须让每台主机都能检测到。关于最小发送间隙和最小帧长的规定也是为了避免冲突。

考虑如下极限的情况，主机发送的帧很小，而两台冲突主机相距很远。在主机A发送的帧传输到B的前一刻，B开始发送帧。这样，当A的帧到达B时，B检测到冲突，于是发送冲突信号。假如在B的冲突信号传输到A之前，A的帧已经发送完毕，那么A将检测不到冲突而误认为已发送成功。由于信号传播是有时延的，因此检测冲突也需要一定的时间。这也是为什么必须有个最小帧长的限制。

下面介绍一下碰撞槽时间的概念.

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      2S是因为要计算往返传输距离
因为Lmin/R=碰撞槽时间, 意思是Lmin的帧完全传输到对端所需的时间，应该大于对端发过来的指示发生碰撞的帧所需要的时间.
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）

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, 介绍一个公式如下：

Lmin/R = 2*S/(0.7*C) + 2*Tphy + 2*n*Tr

Lmin – 最小帧长
R – 网络速率（10M等）
S – 碰撞域   （*2 表示一来一回，划个图就明白了）
C – 标准光速（*0.7表示在双绞线中，用光纤的话别论）
Tphy – 物理层延时（*2 是因为要经过一收一发两个主机的物理层）
Tr – 中继器延时（一般来说，相当于两个物理层的延时

如图所示，

主机 A                中继器 B                主机 B
——————————————————————
|                         物理层                         |
——————————————————————
+—————————+    +————————+
|<——————————S ——————–——>|

根据以太网媒体访问控制机制，A 在发出长度为La的数据流后如果收到B返回的碰撞指示，则停止该帧的发送，并且发32bit的010101…以强化碰撞；并延时t = r*T 这样长的时间；其中T = 1/C，r是一个在(0, 2^k)内的随机数，k = min(n,10) n 为本次发生连续碰撞的次数，如果n过大则上交高层处理。

所以，如果我们规定了某种介质的碰撞域S，就可以通过上面的公式计算出Lmin。反之，如果先定义了Lmin，同样可以定出S。

如 IEEE 802.3 Lmin = 64B；设R = 10M bps Tphy = 15us Tr = 0   则可以计算出 S = 2.3km 

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（电气标准）。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。

512位时是主机捕获信道的时间。如果某主机发送一个帧的64字节仍无冲突，以后也就不会再发生冲突了，称此主机捕获了信道。由于信道是所有主机共享的，为避免单一主机占用信道时间过长，规定了以太网帧的最大帧长为1500。

100Mbps以太网的时隙仍为512位时，以太网规定一帧的最小发送时间必须为5.12μs。

1000Mbps以太网的时隙增至512字节，即4096位时，4.096μs。

最小MTU应该是传输介质物理特性和链路层协议特性共同决定的。以太网封装下帧最大MTU为1500，这个是标准规定的值，目的也是因为以太网介质是一个带冲突检测的共享的链路。

本文转自jasonccier 51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/jasonccie/391047，如需转载请自行联系原作者