最小帧长

由于CSMA/CD算法的限制，以太网帧必须不能小于某个最小长度。以太网中，最小帧长为64字节，这是由最大传输距离和冲突检测机制共同决定的。

规定最小帧长是为了避免这种情况发生：A站点已经将一个数据包的最后一个Bit发送完毕，但这个报文的第一个Bit还没有传送到距离很远的B站点。B站点认为线路空闲继续发送数据，导致冲突。

 

高层协议必须保证Data域至少包含46字节，这样加上以太网帧头的14字节和帧尾的4字节校验码正好满足64字节的最小帧长，如图所示。如果实际数据不足46个字节，则高层协议必须填充一些数据单元。

 

1. 最小帧长的组成

| 目标MAC (6) | 源MAC (6) | 类型 (2) | 数据 (≥46) | FCS (4) |

- 以太网头部 = 6 (DMAC) + 6 (SMAC) + 2 (Type) = 14 字节
- FCS（帧校验序列） = 4 字节
- 数据部分（Payload） ≥ 46 字节
- 为什么是 46？
- 因为 `14 (头) + 46 (数据) + 4 (FCS) = 64 字节`（最小帧长）。

 

2. 如果数据不足 46 字节，如何填充？
（1）什么是“填充数据单元”？
- 填充（Padding） 是指 高层协议（如 TCP/IP）或网卡驱动 在数据部分后面 补零（或随机数据），使其达到 46 字节。
- 填充内容：通常是 `0x00`（零填充），但也可能是任意值（不影响上层协议解析即可）。

（2）填充示例
假设上层协议（如 HTTP）发送的数据只有 20 字节：
- 原始数据：`GET /index.html HTTP/1.1`（20 字节）
- 填充后数据：

GET /index.html HTTP/1.1 [26 个 0x00]

- 这样 数据部分 = 20 (真实数据) + 26 (填充) = 46 字节，满足最小帧长要求。

（3）Wireshark 如何显示填充？
- Wireshark 会标记填充部分，例如：

Data (20 bytes) 真实数据
Padding (26 bytes) 填充部分

- 在 Hex Dump 中，填充通常是 `00 00 00...`。

 

3. 谁负责填充？
| 场景 | 填充执行者 | 说明 |
| TCP/IP 协议栈 | 操作系统网络协议栈 | 在组包时自动填充（如 Linux 的 `eth_header()`）。 |
| 硬件加速（如网卡） | 网卡驱动或硬件 | 某些网卡支持 自动填充，减少 CPU 负担。 |
| 测试工具（如 iPerf） | 测试工具自身 | 可配置是否填充，例如 `-l` 参数控制数据长度。 |

 

4. 为什么填充不影响上层协议？
- IP 头部有“Total Length”字段，告诉接收方真实数据长度。
- TCP/UDP 头部有“Length”字段，标记有效数据范围。
- 接收方会丢弃填充部分，只提取有效数据。

示例：
- 发送方：`[IP头][TCP头][20字节数据][26字节填充]`
- 接收方：解析 `IP Total Length` 后，只取前 `20 字节`，忽略填充。

 

5. 特殊情况
（1）VLAN 标签（802.1Q）
如果帧带 VLAN 标签（+4 字节），则 最小数据部分可减少至 42 字节（因为帧头变成 18 字节）：

14 (标准头) + 4 (VLAN) + 42 (数据) + 4 (FCS) = 64 字节

（2）Jumbo Frame（巨帧）
- 巨帧（如 9000 字节）不受最小 64 字节限制（因为千兆/万兆以太网不再依赖 CSMA/CD）。
- 但仍需保证 数据部分 ≥ 46 字节（兼容传统设备）。

 

6. 总结
| 关键点 | 说明 |
| 最小帧长 64 字节 | 由 `14 (头) + 46 (数据) + 4 (FCS)` 组成。 |
| 填充数据单元 | 高层协议或网卡自动补零，使数据部分 ≥ 46 字节。 |
| 不影响上层协议 | IP/TCP 头部已定义有效数据长度，接收方会丢弃填充。 |
| Wireshark 显示 | 会标记 `Padding`，填充内容通常是 `00 00 00...`。 |
| VLAN 和 Jumbo Frame | VLAN 帧最小数据可减至 42 字节，巨帧不受限但仍建议 ≥46。 |

最终结论
- 高层协议填充 是为了满足以太网最小帧长要求，通常补零。
- 不影响通信，因为 IP/TCP 头部已指明真实数据长度。
- Wireshark 可查看填充部分，帮助调试网络问题。