最短帧长

概念

这里的最短帧长前提条件是基于CSMA/CD协议^[1]

考虑如下的情况，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以为已发送成功。

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。这个时间即争用期。

按照标准^[2],我们计算这个最坏情况下的，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，此时总的线路长度为$10km$，按照电磁波在 $1 km$电缆的传播时延约为$5\mu s$，则对应的往返传播时延应约为$50\mu s$，在10Mbps时，一个比特需要100纳秒，所以500比特是保证工作的最小帧。为了增加一些安全边际，这个数字被四舍五入到512比特即64字节^[3]，相应的，以太网的争用期长度也被确定为$51.2 μs$^[4]。

提示

以太网上最大的端到端时延必须小于争用期的一半(即 $25.6 \mu s$) ,这相当于以太网的最大端到端长度约为 5 km。实际上的以太网覆盖范围远远没有这样大。因此,实用的以太网都能在争用期 $51.2 \mu s $内检测到可能发生的碰撞。

不同速率的以太网

速率达到或超过 100Mb/s 的以太网称为高速以太网。

1. 100BASE-T以太网：MAC 帧格式仍然是 802.3标准规定的。保持最短帧长不变,但将一个网段的最大电缆长度减小到 100m。 帧间时间间隔^[5]从原来的$9.6\mu s$ 改为现在的$0.96\mu s$
2. 吉比特以太网：与 10BASE-T 和100BASE-T 技术向后兼容
3. 10吉比特以太网：保留了 802.3 标准规定的以太网最小和最大帧长,便于升级
   按照前面提到的争用期可知，速率越大的以外网，在争用期内发送的帧的长度肯定大于 64 字节^[6]

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1. 例如广域网中的PPP协议就没有使用CSMA/CD协议，就没有最短帧的概念了 ↩︎

2. 这里是以太网相关的标准，例如802.3 ↩︎

3. 以太网最小帧长为什么是64字节？是如何计算的 ↩︎

4. 以太网的争用期确定为 51.2 μs,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的持续时间等。 ↩︎

5. 以太网还规定了帧间最小间隔为 $9.6 /mu s$,相当于 96 比特时间。这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理,做好接收下一帧的准备。 ↩︎

6. 10Mbps是802.3协议中的最低速率 ↩︎