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  • 以太网最小合法帧长度 64字节
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    2019-04-17 16:04:50

    以太网最小合法帧长度为?( B

    • A 32字节

    • B 64字节

    • C 100字节

    • D 不确定

    解析:

    以太网帧格式:目标 MAC 地址 6 字节,源 MAC 地址 6 字节,类型 2 字节,数据和填充 46-1500 字节,FCS(帧检验序列) 4 字节,所以最小合法帧为 64 字节。

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    概述

    我们在工作中,经常听到小伙伴说报文的长度是64、128、256字节等,我们都知道它们是什么意思,不过在计算网络带宽时,总是会比预想的要小,并且报文越小,差距越大。

    这个问题几乎是所有网络新手都会遇到的困扰,网上关于这方面的资料也不多,大部分小伙伴只能去咨询老员工,被鄙视一顿后然后才知道原因:)。

    其实这个问题并不难,标准的文档上就有,不过IEEE的标准文档实在是“难以下咽”,让人看到就头疼。今天就把以太网完整帧长的小知识点分享给大家,也非常欢迎各位关注我们的头条号,一起讨论网络知识。

    以太网格式

    要想知道以太网帧的真正长度,需要先从以太网格式说起。如下图是完整的以太网格式:

    c1bbf10a013c5196129cc1e565b8d3ad.png

    以太网完整帧长

    各位小伙伴有没有发现完整帧长中,有的内容比较陌生呢?我们通常说的帧长,指的是下面的内容,它不包含Preamble,SFD,和IFG这三部分内容;

    8638c96bcf9c32d1fd6df3b7798206ac.png

    通常说的帧长

    这三部分内容到底有什么用处呢,为什么要算在完整帧长里呢?看完下面的解释就知道了!

    Preamble

    Preamble,中文翻译是“序言”,引申为“前导码”;

    Preamble有7个字节, 它由10循环代码组成,每个字节的内容都是“10101010”;

    57d252d8dfa48c5596086964e30214d0.png

    Preamble

    Preamble本身并没有实际的意思,仅仅用在发送方和接收方之间同步时钟和bit流;

    1. 当发送方发送数据时,会加上这7个字节的报文,告诉接收方“请按照这种规律准备好,我马上要发送数据了”;
    2. 当接收方连续收到“10101010”这串代码时,就需要调整字节的时钟,准备好接收数据。

    SFD

    SFD全称是start of frame delimiter,中文意思“帧开始界定符”,它只有1个byte,内容是固定的:“10101011”。

    839cfe13a28208b41e00fbd7990c5c0b.png

    SFD

    SFD用来通知接收方“从这个byte以后的内容都是有效数据,不能丢弃了”。

    当接收方收到Preamble以后,又收到1个byte的内容,但是这个内容的最后两个bits是“11”,它就知道后面的内容不在是同步信号,而是有意义的数据。

    理论上SFD和Preamble是不一样的,两者的功能差别比较大,但是工作中我们通常把这两个内容只简称为“前导码”,忽略SFD(谁让它太短):);但是我们听到前导码时,要知道,它包含两部分的内容:Preamble,SFD。

    3b0cd8f35ffb7f2244b67951ddf9b518.png

    前导码

    IFG

    IFG全称是inter Frame Gap,中文名称是“帧间隙”,它表示的两个Frame之间相隔大小。设备发送完一个Frame以后,并不会立刻再发送下一个,而是会等待IFG的间隔才会继续发送,这一点可能与我们理解的不一样。

    最小的帧间隙是12bytes,也是发送完一个帧以后,需要等待发送12bytes的时间才能发送,至于为什么最小是12bytes,需要参考以太网的CSMA/CD特性才行(主要是为了避免冲突)。

    以太网带宽计算

    上面我们详细解释了Preamble、SFD、IFG三者的功能,现在我们要记住的是:一个完整以太网帧长度,也包含这三部分的内容,因为这三部分也算是以太网的开销

    要计算带宽,我们还需要知道FPS(关于FPS的内容,参见我的前一篇文章描述),我们来看一张经典的带宽和FPS对于关系图:

    68be1e59f6f34a2c46ec960bb2134683.png

    带宽和FPS对于图

    我们以64字节为例,分别以完整帧长度和普通帧长度来计算,看看哪个结果是我们所说的1G(1000M)带宽。

    PS:1G带宽对应的FPS是1488095,我们直接从图上可以查到,或者查询标准文档也可以。

    完整帧长度

    前一篇文章已经描述过,带宽通常指的是1秒内能够处理的bit数,其公式为:带宽 = 速率 * 帧长度;

    假设以完整帧长度来计算,因为它包括前导码和帧间隙,所以完整帧长度 = 帧长度 + 8字节的前导码 + 12字节的帧间隙 = 64 + 8 + 12 = 84 bytes,转换为bit为84*8= 672 bits。

    带宽 = 1488095 * 672 = 999,999,840 bit = 1000M bit,这样就和我们通常说的带宽是相同的,也可以证明这种计算方式是正确的。

    我们再来看看不加前导码和帧间隙的带宽计算结果。

    普通帧长度

    假设我们不加上前导码和帧间隙,其计算出来的带宽应该为 = 1488095 * (64*8)= 761,904,640 ≈ 761M,并不是我们通常说的带宽。

    不过这种计算方式得到的值也有一个专有的名称:以太网有效负载带宽

    以太网有效负载带宽带宽也是一个非常重要的指标,它表示传输1000M的数据,有效内容只有761M左右,剩下的都是以太网本身的消耗

    从结果上看,这个效率(76%)其实是不高的,尤其是在字节偏小的情况下,传输效率特别小,也因为这个原因,当初以太网差点被别的技术取代。

    总结

    从上面的文章里,我们可以得出如下的结论:

    1. 完整的帧长度包含8字节的前导码和12字节的空闲帧;
    2. 前导码用于同步同步发送方/接收方的bit流,提示有效帧内容的开始;
    3. 计算带宽时,使用的帧长是完整帧长,否则计算出来的仅仅是以太网的有效带宽;

    看完上面的描述,大家对于前导码和空闲帧的功能了解了吗?如果有疑问,欢迎留言讨论!并且非常欢迎各位关注我们的头条号,一起讨论网络知识,谢谢!

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  • 01概述以太网这个术语一般是指数字设备公司(Digital Equipment Corp.)、英特尔公司(IntelCorp.)和Xerox公司在1982年联合公布的一个标准。它是当今TCP/IP采用的主要的局域网技术。几年后,IEEE(电子电气工程师协会)...
    01概述

    以太网这个术语一般是指数字设备公司(Digital Equipment Corp.)、英特尔公司(IntelCorp.)和Xerox公司在1982年联合公布的一个标准。它是当今TCP/IP采用的主要的局域网技术。几年后,IEEE(电子电气工程师协会)802委员会公布了一个稍有不同的标准集,其中802.3针对整个CSMA/CD网络,802.4针对令牌总线网络,802.5针对令牌环网络。

    互联网早期的时候,主机间的互连使用的是NCP协议。这种协议本身有很多缺陷,如:不能互连不同的主机,不能互连不同的操作系统,没有纠错功能。为了改善这种缺点,大牛弄出了TCP/IP协议。现在几乎所有的操作系统都实现了TCP/IP协议栈。TCP/IP不是一个单一协议,而是一个协议族的统称。里面包括了IP协议,IMCP协议,TCP协议,以及我们更加熟悉的HTTP、FHP协议等等。

    首先我们看一下以太网数据结构:

    3cd2704387e3f3ab9c5c5de86b0f56a4.png

    8fbf598c5db3951dcac2db6c5e632de5.png

    注意数据长度为46~1500。

    从物理层上看,一个完整的以太网帧有7个字段,事实上前两个字段(前同步码和SFD码)并不能算是真正的以太网数据帧,它们是网卡在物理层上发送以太网数据时添加上的,是为了实现底层的正确传输。上图中的目的地址,源地址,长度/类型属于以太网首部的部分。

    特别说明:上面的目的地址和源地址是MAC,不是IP!!!!

    关于OSI七层模型:应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、和物理层,如下图:

    8e7f9c9abc0d267e71536166346f834c.png

    02TCP/IP四层模型

    ISO制定的OSI参考模型的过于庞大、复杂招致了许多批评。与此对照,由技术人员自己开发的TCP/IP协议栈获得了更为广泛的应用。下图,是TCP/IP参考模型和OSI参考模型的对比示意图。

    68b551b423c3b0ebe367ebb887dac3b8.png

    TCP/IP参考模型分为四个层次:应用层、传输层、网络互连层和主机到网络层。

    ac2b22c7d5209722d1239293a4f4f3a7.png

    在TCP/IP参考模型中,去掉了OSI参考模型中的会话层和表示层(这两层的功能被合并到应用层实现)。同时将OSI参考模型中的数据链路层和物理层合并为主机到网络层。下面,分别介绍各层的主要功能。

    1、主机到网络层

    实际上TCP/IP参考模型没有真正描述这一层的实现,只是要求能够提供给其上层-网络互连层一个访问接口,以便在其上传递IP分组。由于这一层次未被定义,所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而不同。  

    2、网络互联层

    网络互联层是整个TCP/IP协议栈的核心。它的功能是把分组发往目标网络或主机。同时,为了尽快地发送分组,可能需要沿不同的路径同时进行分组传递。因此,分组到达的顺序和发送的顺序可能不同,这就需要上层必须对分组进行排序。

    网络互联层定义了分组格式和协议,即IP协议(InternetProtocol)。

    网络互联层除了需要完成路由的功能外,也可以完成将不同类型的网络(异构网)互连的任务。除此之外,网络互联层还需要完成拥塞控制的功能。

    3、传输层

    在TCP/IP模型中,传输层的功能是使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。在传输层定义了两种服务质量不同的协议。即:传输控制协议TCP(transmissioncontrol protocol)和用户数据报协议UDP(userdatagram protocol)。

    TCP协议是一个面向连接的、可靠的协议。它将一台主机发出的字节流无差错地发往互联网上的其他主机。在发送端,它负责把上层传送下来的字节流分成报文段并传递给下层。在接收端,它负责把收到的报文进行重组后递交给上层。TCP协议还要处理端到端的流量控制,以避免缓慢接收的接收方没有足够的缓冲区接收发送方发送的大量数据。

    UDP协议是一个不可靠的、无连接协议,主要适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。  

    4、应用层

    TCP/IP模型将OSI参考模型中的会话层和表示层的功能合并到应用层实现。  

    应用层面向不同的网络应用引入了不同的应用层协议。其中,有基于TCP协议的,如文件传输协议(FileTransfer Protocol,FTP)、虚拟终端协议(TELNET)、超文本链接协议(HyperText Transfer Protocol,HTTP),也有基于UDP协议的。

    4ce932f34dee3fb17cc5291d68f33129.png

    各行信息分别为:

    Frame:   物理层的数据帧概况;

    Ethernet II: 数据链路层以太网帧头部信息;

    Internet Protocol Version 4: 互联网层IP包头部信息;

    Transmission ControlProtocol:  传输层T的数据段头部信息,此处是TCP;

    Hypertext Transfer Protocol:  应用层的信息。

    9824652470d8c6c2dfdfb60d95c4804b.png

    几个常用的协议的功能我们通过一个形象的说法来展现:

    IP:I want to send data to 192.168.0.127

    UDP:I want to send a datagram on the port N

    TCP:I want to send data in a reliable way onthe port N (reliable:可靠的)

    ARP:who knows 192.168.0.127's MAC address?

    RARP:who knows 21.21.12.21.21.12's IP address?

    ICMP:I send or receive queries or error message

    DHCP:I want to get an IP address

    DNS:what is the IP address of www.baidu.com?

    上文讲解了以太网数据包结构,其中牵扯到了802.3,以太网数据包等名词,下面讲解一下这方面的内容。

    在TCP/IP世界中,以太网IP数据报的封装是在RFC894中定义的,IEEE802网络的IP数据报封装是在RFC1042中定义的。最常使用的封装格式是RFC 894定义的格式。下图显示了两种不同形式的封装格式。

    8fc1bbf6e29ead14b9e1eeeb44af11a0.png

    从上图看到,两种帧格式都采用48bit(6字节)的目的地址和源地址。

    接下来的2个字节在两种帧格式中互不相同。

    在802标准定义的帧格式中,长度字段是指它后续数据的字节长度,但不包括CRC检验码。

    以太网的类型字段定义了后续数据的类型。而在802标准定义的帧格式中,类型字段则由后续的子网接入协议的首部给出。

    幸运的是,802定义的有效长度值与以太网的有效类型值无一相同,这样,就可以对两种帧格式进行区分。

    长度/类型有两个意义,小于1518,代表后面字段的长度(也就是IEEE802.2/802.3(RFC1042)),大于1518,代表不同的类型(以太网的封装格式(RFC894))

    0800 指IP数据类型

    0806 指ARP协议,通过IP地址获得对应的MAC地址,称为地址解析协议

    8035 指RARP协议,通过MAC地址来获得对应的IP地址,称为逆向地址解析协议

    6ece6d57f1e9aa14332107f30c48a319.png

    在以太网帧格式中,类型字段之后就是数据。而在802帧格式中,后面是3字节的802.2LLC,它是由目的服务访问点(DestinationService Access Point,DSAP)、源服务访问点(SourceService Access Point,SSAP)和Ctrl字段组成,DSAP和SSAP默认值是0xaa,Ctrl默认是3。再接下来的2个字节类型字段和以太网帧格式一样。

    802.3标准定义的帧和以太网的帧都有最小长度要求。802.3规定数据部分必须至少为38字节,而对于以太网,则要求最少要有46字节。为了保证这一点,必须在不足的空间插入填充(pad)字节。

    下面只讲最常用的以太网的封装格式(RFC894)

    9f35d4637f794b20ad5a727f62da0a5d.png

    特别说明:上面的目的地址和源地址是MAC,不是IP!!!!

    MAC地址解析

    cb8a49fa392683a2d23ec01ee7a7b0b0.png

    MAC地址前3个字节:组织身份标记  后3个字节:组织自行分配

    第1个字节

    b0:0表示单播,1表示组播

    b1:0表示被某个组织使用,1表示个人使用

    例子:

    02-00-00-00-00-01:本地分配

    00-50-C2-xx-xx-xx:ST的MAC地址

    01-00-5E-xx-xx-xx:IPv4的多播地址

    FF-FF-FF-FF-FF-FF:广播地址。

    上文说到,以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制,其最大值分别是1500和1492字节。链路层的这个特性称作MTU,最大传输单元。不同类型的网络大多数都有一个上限。如果IP层有一个数据包要传,而且数据的长度比链路层的MTU还大,那么IP层就需要进行分片,把数据包分成若干片,这样每一片都小于MTU,IP分片的问题会在讲解IP协议的时候讲解。下图列出了一些典型的MTU值。

    51dbfb9e357fc1643cf51f1562621edf.png

    我们将用netstat命令打印出网络接口的MTU。

    ae73ddd4285030b2c4a664e7ba8612f3.png

    - i参数将打印出接口信息,- n参数则打印出IP地址,而不是主机名字。

    这个命令打印出每个接口的MTU、输入分组数、输入错误、输出分组数、输出错误、冲突以及当前的输出队列长度。

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  • 最小长度: 64byte, 设定最小长度的目前是为了区分出超小的错。 最大长度:1536byte, 这是因为以太的leng/type规定大于0x600就是type,小于这个就是长度,也就是单从长度来说,0x600也就是1536就是最大。...

    最小长度: 64byte, 设定最小长度的目前是为了区分出超小的错帧。

    最大长度:1536byte, 这是因为以太的leng/type规定大于0x600就是type帧,小于这个就是长度帧,也就是单从长度帧来说,0x600也就是1536就是最大帧。最大长度一般不适于大长,如果太长,长期占用以太通路,影响其余发送端的发送。

    MTU: 以太接口常见的配置,常规值是1500, 主要是指以太网的IP段的数据,加上以太头14byte(DA+SA+type), 加vlan(4byte)或双vlan(8byte),都还没有超过1536.

    jumbo帧: 以太级的超大帧,远大于以太最大长度帧1536byte,各个厂家自定义的超长帧,一般10kbyte或16kbyte的都有,具体长度还没有统一的标准。

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以太网帧的最小长度

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