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  • 以太网最大和最小帧长度
    2022-04-19 09:43:09

    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太长,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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    最大长度限制

    网卡上一个参数是MTU值。一般都是1500。表示以太网传输的最大帧长度。
    为什么要有最大帧长度限制呢?
    这是因为以太网采用的是CSMA/CD方法在介质上传输数据。CSMA/CD叫做带冲突检测的载波监听多路访问技术,在发送数据之前需要检测链路是否空闲,只有链路空闲时才发送数据,并且边发送边检测。发送的过程中一旦检测到冲突则立即停止。所以也就是说,数据发送的过程中,整个链路是被独占的。所以需要限制一次传输数据的最大长度,如果一个人占用时间过长,这对其他人而言是不可接受的。
    而且限制最大长度还有以下好处:
    1)帧传输的过程中,一旦出错,需要全部重传,长度太长反而效率不高。(可能现在的传输介质已经不存在这种问题了)
    2)帧越长,需要的缓存越大,1979年在设计网卡时,缓存的价格非常昂贵,所以当时选用1500 bytes作为最大的长度。

    需要注意的是,以长帧长度限制是1518字节。减去18字节的以太网帧长度,所以ip层的报文长度限制为1500。

    最小长度限制

    最大长度还是比较直观易于理解,那么为什么又有最小长度限制呢?
    还是因为CSMA/CD。
    AB之间通信。
    当A检测到链路空闲,然后发送报文,巧的是B跟你一样,这不就冲突了嘛。
    最坏的情况,AB俩隔得最远。当A发送的报文刚好要到达B时,B开始发送报文。
    如果在B的报文到达A之前,A就已经发送完了,那么A就不知道冲突了。所以,需要限制发送的报文最小长度。
    最小长度是多少呢?
    显然,最小长度同时受两个节点最远距离和传输速度的影响。最远距离越长,传输速度越快,所需要的最小长度也就越大。

    针对不同带宽的网络,标准组织定义了不同的slot time。

    SpeedSlot timeTime Interval
    10 Mbit/s512 bit times51.2 microseconds
    100 Mbit/s512 bit times5.12 microseconds
    1 Gbit/s4096 bit times4.096 microseconds
    2.5 Gbit/s onwardno half-duplex operation

    所以,不同的网络,其实最小长度是不一定的,两个节点能相隔的最远距离也是不一样的。
    10Mbit/s的网络,报文最小长度为64字节。两个节点最远距离不能超过:
    51.210(-6)*(0.7*3*108)/2=5.376km
    在1Gbit/s的网络中,报文最小长度为512字节。最远距离不超过约0.43km

    不足的长度填充全0补齐。这些数据是不计算入ip层的。
    使用tcpdump抓包时,经常看见length=0的报文。其实这个长度指的是TCP层数据报文的长度。

    参考:
    以太网最小,最大字节长度 https://blog.51cto.com/19880206/890070
    https://en.wikipedia.org/wiki/Slot_time
    https://stackoverflow.com/questions/33039394/why-is-the-minimum-ethernet-frame-64-bytes

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    3.2.2 以太网帧格式

    48位(6字节)的目的地址(DST)和源地址(SRC)字段
    他们也叫MAC地址,链路地址,物理地址。
    以太网帧的目的地址也允许寻址到多个站点(广播或组播)

    源地址的后面跟着一个类型字段,或者长度字段,在多数情况下,它用于确定头部后面的数据类型。 TCP/IP网络常用的值IPv4(0x0800) ,IPv6(0x86DD) , ARP(0x0806)
    0x8100表示一个Q标签帧(可携带一个虚拟局域网或者VLAN ID)

    在上述字段后,提供了多种标签包含由其他IEEE标准定义的各种协议字段,最常见的是那些由802.1p和802.1q使用的标签,它提供虚拟局域网和一些服务质量(Qos)指示符

    上述字段后是帧的数据区或有效载荷部分。这里是放高层PDU(协议数据单元),例如ip数据报。传统上,以太网的有效载荷一直是1500字节,它代表以太网的MTU

    帧校验序列/循环冗余校验

    在以太网帧格式中,有效载荷区域知乎的最后字段提供了对帧的完整性检查。CRC(循环冗余校验)字段位于尾部,有32位

    要使用一个n位的CRC检测数据传输错误,被检查的消息首先需要追加n位0形成一个扩展消息。然后扩展消息使用模2除法除以一个(n+1)位的值,这个作为除数的值称为生成多项式,CRC4的生成多项式值为10011。放置在消息的CRC字段中的值为这次除法计算中余数的二进制反码(商被丢弃)

    帧大小

    以太网帧最小有64字节,要求数据区长度(无标签)最小为48字节。当有效载荷较小时,填充字节(为0)被添加到有效载荷尾部,以确保达到最小长度

    传统以太网的最大帧长度为1518字节(包括4个CRC字节和14个字节头部)

    由多个以太网帧构成一个更大的上层PDU的后果是,每个帧都有头部和CRC,且以太网帧在网络中不能无缝地压缩在一起,可以用以太网巨型帧(JF),有9000字节,但是可能不被传统以太网设备处理

    802.1p/q:虚拟局域网和Oos标签

    vlan被定义在802.1q协议中
    vlan标签,包含12位VLAN标识符(4096个,但保留vlan0和vlan4095)。它还包含支持Qos的3位优先级(定义在802.1p协议中)

    802.1p规定了帧中表示Qos标识符的机制。
    802.1p的头部包含一个3位优先级字段,它用于表示一个Qos级别。这个标准是802.1q VLAN标准的扩展。这两个标准一起工作,在同一头部中共享某些位。它用3个有效位定义了8个服务级别。其中0级位最低优先级,用于传统尽力而为的流量。7级位最高优先级。可用于关键路由或网管功能。

    802.1AX :链路聚合(以前的802.3ad)

    通过链路聚合,两个或多个接口被视为一个接口,通过冗余和数据分割到多个接口,提高性能并获得更好的可靠性

    802.1AX定义了最常用的饿链路聚合方法和可管理这些链路的链路聚合控制协议(LACP)

    在通常情况下,聚合的端口必须是同一类型,并且在统一模式下(全双工或半双工)

    *在LACP客户端和服务器启用后,他们通常每秒都会发送LACPDU。LACP自动确定哪些成员链路可被聚合成一个链路聚合组(LAG),并将它们聚合起来,这个过程需要发送一系列信息(MAC地址,端口优先级,端口号,秘钥) *

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以太网帧的最大长度