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  • 为什么以太网的最小数据帧长度为64字节? 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。 以太网...
    为什么以太网的最小数据帧长度为64字节?

    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。
    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。
    交换机在传输一个64字节的数据包时,具体的数据包在传输过程中会在每个包的前面加上64个bit preamble (前导符),然后在每个包之间会有96个bit的IFG(帧间隙),也就是原本传输一个64个字节的数据包,虽只有512个bit,但在传输过程中实际上会有512+64+96=672bit,也就是说,传输一个64字节数据包,但是这时一个数据包的长度实际上是有672bit的。 千兆端口线速包转发率=1000Mbps/672=1.488095Mpps,约等于1.4881Mpps, 百兆端口线速包转发率=100Mbps/672=0.1488095Mpps,约等于0.14881Mpps。一个交换机的数据包转发能力的计算方法:交换机满配置吞吐量(Mpps)=满配置GE端口数×1.488Mpps
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  • 以太网最小合法帧长度 64字节

    千次阅读 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 ...

    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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  • 以太网数据帧最短帧长问题

    万次阅读 2019-09-06 20:41:13
    1.以太网帧的最短长度为64字节,或者中的数据不得少于46个字节,其中以太网帧头有18字节(以太网2的值为:MAC+2类型+4CRC,注意,如果是802.3的规范,它支持SNAP和802.3以太,其中的2个字节的类型字段就变为的长度),...

    1.以太网帧的最短长度为64字节,或者帧中的数据不得少于46个字节,其中以太网帧头有18字节(以太网2的值为:MAC+2类型+4CRC,注意,如果是802.3的规范,它支持SNAP和802.3以太,其中的2个字节的类型字段就变为帧的长度),小于以上长度的帧或数据需要在帧中加入“填充数据(pad)”

     
    2.以太网帧的最长长度为1518字节。我们所说的MTU 以太网一般为1500,加上以太网帧头18字节。(1500数据+18以太网帧头,注意,802.3规范已经把最大长度改为1536(0x0600)了)。
     
    3.为什么以太网的最短长度为64字节?万一长度小于64字节呢?
    a.按以太网的标准最大长度2.5km计算,802.3标准将长度达到最大值的以太网两倍往返时延取为51.2μs = (2500*4)/((1.9~2.4)*10**8)s.
    b.5-4规则:电磁信号在铜介质上的传播速率为1.9×10**8~2.4×10**8m/s).
    c.保证在发送256bit(32字节)所需的时间内使信号充满整个碰撞域.
    d.保证最短长度的帧在发送完毕之前,必须能够监测到可能最晚来到的冲突信号。
    e.为了"冲突检测"机制成功,第帧必须至少持续发送2t时间(发送2t时间后一数据帧还没有发送完)。t的大小是由网络协议标准定义,当t确定后,最短数据帧也被确定,反过来一个冲突域最大范围也被确定,在以太网中,2t被定义为51.2us,最短帧长为64byte,一个冲突域最多由4个中继器组成,这样的话,一个冲突域中的线缆最大长度也有一定的限制。
    f.如果数据帧小于64字节的话,就会看作"碎片".即数据包在网络传输中受损。
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  • 以太网数据帧格式及ARP协议

    千次阅读 2020-08-29 15:59:52
    以太网是目前最流行的一种局域网组网技术(其他常见局域网组网技术还有令牌环局域网、无线局域网、ATM局域网),以太网技术的正式标准是IEEE 802.3标准,它规定了在以太网中传输的数据帧结构,如下图所示。...

    一、以太网中数据帧结构

    以太网是目前最流行的一种局域网组网技术(其他常见局域网组网技术还有令牌环局域网、无线局域网、ATM局域网),以太网技术的正式标准是IEEE 802.3标准,它规定了在以太网中传输的数据帧结构,如下图所示。

                  

    在物理层上看,一个完整的以太网帧有7个字段,事实上,前两个字段并不能算是真正意义上的以太网数据帧,它们是以太网在物理层上发送以太网数据时添加上去的。为了实现底层数据的正确阐述,物理层使用7个字节前同步码(0和1交替的56位(55-55-55-55-55-55-55))实现物理层帧输入/输出同步;使用1个字节的SFD(帧首定界符,固定为10101011)标识帧的开始。上图中剩下的5个字段是真正的以太网数据,其中包含了目的地址和源地址,它们都是6字节长度(通常每个网卡都有1个6个字节MAC地址,以在以太网中唯一地标识自己)。网卡接收数据时,通过将目的地址字段和自身的MAC地址做比较,判断是否接收该数据包。通常,将这里的6字节目的地址按照下面的格式来书写,如:00-01-02-03-04-05。这6个字节在以太网中是按照从左到右的顺序发送的,同时对每个字节来说,最先发送的是最低位bit0,最后是最高位bit7。

          在以太网帧中,目的地址可以分为三类:单播地址、多播地址和广播地址。单播地址通常与一个具体网卡的MAC地址相对应,它要求第一个字节的bit0(即最先发出去的位)必须是0;多播地址则要求第一个字节的bit0为1,这样,在网络中多播地址不会与任何网卡的MAC相同,多播数据可以被很多个网卡同时接收;广播地址的所有48位全为1(即FF-FF-FF-FF-FF-FF),同一局域网中的所有网卡可以接收广播数据包。

    上图中的长度/类型具有两个意义,当这两个字节的值小雨1518时,那么它就代表其后数据字段的长度;如果这两个字节的值大于1518,则表示该以太网帧中的数据属于哪个上层协议(例如0x800,代表IP数据包;0x806,代表ARP数据包等。)

    在使用网卡进行数据包的发送与接收时,网卡已为我们完成了物理层的所有工作,驱动程序要做的是,在发送数据时,将目的地址、源地址、类型/长度、数据和填充这些值写入网卡,网卡自动计算其CRC并添加在数据帧尾部,同时对数据帧进行物理层的封装,最后将数据帧发送出去;在接收数据时,网卡会自动检测并接收数据包,验证校验和并把上述四个字段的值放在内部SRAM中供控制器读取。

    TCP/IP协议有自己的地址:32bit的IP地址(网络地址),网络层发送数据包时只知道目的地址的IP地址,而底层接口(如以太网驱动程序)必须知道对方的硬件地址才能将数据发送出去。

    二、ARP协议

    ARP的功能是在32bit的IP地址和采用不同网络技术的硬件地址之间提供动态映射,为上层将底层的物理地址差异屏蔽起来,这样上层的因特网协议就可以灵活地使用IP地址进行通信了。ARP协议的基本功能是使用目标主机的IP地址,查询其对应的MAC地址,以保证底层链路上数据包通信的进行。为了实现在网络接口物理地址与IP地址间的转换,ARP协议中引入了ARP缓存表的概念。ARP缓存表中记录了一条一条的<IP地址,MAC地址>对,他们是主机最近运行获得的关于周围其他主机的IP地址到物理地址的绑定,当需要发送IP数据包时,ARP层根据目的IP地址来查找ARP缓存表,并将匹配的MAC地址装入以太网帧首部,最后发送以太网数据。

    ARP缓存表的建立与ARP数据包是密切相关的。在以太网中,ARP数据包和IP数据包是两个独立的部分,它们都封装在以太网帧中发送。ARP数据包的种类有两种:一是ARP请求包,它是通过以太网广播的方式发送的,用于向具有某个IP地址的主机发送请求,希望该主机返回其MAC地址;二是ARP应答包,收到ARP请求的主机会比对该数据包中的IP地址与自己的IP地址是否符合,若是,则该主机向源主机返回一个ARP应答包。向源主机报告自己的MAC地址。源主机通过提取ARP应答包中的相关字段来更新ARP缓存表。在Windows控制台上输入arp -a,可以查看操作系统中使用的ARP缓存表。

    举一个简单的例子来看看ARP的功能。假如我们的主机(192.168.1.11)需要向开发板(192.168.1.37)发送一个IP数据包,当发送数据时,主机会在自己的ARP缓存表中寻找是否有目标IP地址。如果找到了,也就知道了目标MAC地址为(04-02-35-00-00-01),此时,主机直接把目标MAC地址写入以太网首部发送就可以了;如果在ARP缓存表中没有找到相对应的IP地址,此时比较不幸,我们的数据需要被延迟发送,随后主机会先在网络上发送一个广播(ARP请求,以太网目的地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF),广播的ARP请求表示同一网段内所有主机将会收到这样一条信息:“192.168.1.37的MAC地址是什么?请回答”。网络IP地址为192.168.1.37(开发板)的主机接收到这个帧后,它有义务做出这样的回答(ARP应答):“192.168.1.37的MAC地址是(04-02-35-00-00-01)”。这样,主机就知道了开发板的MAC地址,先前被延时的数据包就可以被发送了,此外,主机将这个地址对保存在缓存表中,以便后续数据包发送时使用。

    ARP协议的核心就是对ARP缓存表的操作。发送数据包时,查找缓存表以得到目的MAC地址,此外,ARP还需要不断地处理ARP请求包和ARP应答包,以保证缓存表中各个表项的有效性。ARP的实质就是对缓存表的建立、更新、查询等操作。

    2.2 ARP报文

    要在源主机上建立关于目标主机的IP地址与MAC地址对应表项,则源主机和目的主机的基本信息交互式必须的,简单地说就是,源主机如何告诉目的主机:我需要你的MAC地址;而目的主机如何回复:这就是我的MAC地址。这时ARP报文(ARP数据包)就派上用场了。

    ARP请求和ARP应答都是被组装在一个ARP数据包中发送的,ARP包的组成结构如下图所示。需要注意的是:ARP包时被封装在以太网帧中发送的,所以在图中也列出了以太网帧头部。

          以太网帧头部中的前两个字段是以太网的MAC地址和源MAC地址,目的地址为全1的特殊地址是以太网广播地址。在ARP表项建立前,源主机只知道目的主机的IP地址,并不知道其MAC地址,所以在数据链路上,源主机只有通过广播的方式将ARP请求数据包发送出去,同一网段上的所有以太网接口都会接收到广播的数据包。

           两个字节长的以太网帧类型表示帧中数据的类型。对于ARP包来说,该字段值为0x0806;对IP包来说,该字段的值为0x0800。接下来就是ARP数据包部分了,第一个硬件类型字段表示发送方想要知道的硬件接口类型,对于以太网MAC地址,它的值为1.协议类型字段表示要映射的协议地址类型,它的值为0x0800时,即表示要映射为IP地址,该值与以太网数据帧头中的类型字段的值使用相同的一组值。

    接下来的两个单字节长度的字段,称为硬件地址长度和协议地址长度,它们分别指出硬件地址和协议地址的长度,长度单位为字节。对于以太网上ARP请求或应答来说,它们的值分别为6和4,代表MAC地址的长度和IP地址的长度。在ARP协议包中流出硬件地址长度和协议地址长度字段可以使得ARP协议在任何网络中被使用,而不仅仅只在以太网中。

          操作字段op指出ARP数据包的类型,它们可以使ARP请求(值为1)、ARP应答(值为2)。

          接下来的四个字段是发送端的以太网MAC地址、发送端的IP地址、目的端的以太网MAC地址和目的端的IP地址。

     

     

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空空如也

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以太网规定的数据帧长度为