以太网帧的数据字段最小长度（计算以太网帧长）

​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：

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；

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”；

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”。

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。

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：

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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