以太网帧长中的前导码和帧间隙

1 、概述

目前出现三个bug都涉及到L1和L2限速不准确的问题：在计算网络带宽时，报文设置的越小，差距就越大。
这个问题几乎所有新手都会遇到，在此梳理一下，以此与该问题做个了断。

2、以太网帧格式

首先弄清楚以太网帧格式，其包含：Preamble、SFD、帧长和IFG，帧格式如图1 所示，图2是以太网帧长部分包含字段。

平常所说的帧长是图2包含的内容，而不包含Preamble、SFD 和IFG这三个字段，那这三个字段是什么意思呢？下面分别说明。

```
Preamble ，前导码
```

Preamle包含7个字节，由10循环组成，每个字节内容为：10101010。七个字节的前导码内容如图3所示。

Preamle的作用是在发送方和接收方之间进行时钟同步。当发送方发送数据时，加上这7个字节的前导码作为报文首部，发送给接收方；当接收方收到10101010时，会按照协议规定，调整自己的字节时钟，准备接收发送方来的数据。
2. SFD(start of frame delimiter)
SFD翻译为：帧开始定界符，长度为1B,内容为10101011.这段代码的意思是通知接收方，当收到11后边的内容时，不是同步信号了，是真正的数据了。
通常说的前导码包含了Preamle和SFD，一共8字节，但实际上是7+1,知道每个字节的作用即可。
3. IFG(inter Frame Gap)
IFG中文翻译为“帧间隙”，它表示两个Frame之间相隔大小。发送端发送完一个Frame之后，不会立即发送下一个，而是等待IFG时间之后才继续发送。
最小的帧间隙是12Byte，即等待12字节时间之后再发送下一帧，这与CSMACD特性有关，避免冲突。

3、以太网带宽计算

图4是经典的FPS和带宽的关系图。

计算上面图的帧(Frame)数量时，首先明确如下转换：
4. 1. 10M=10^7bps，
5. 2. 64Byte+20(12+8帧间隙)=84Byte=848=672b,即一个64B的帧,加上帧间隙后为672b。
6. 3. 同理，128B+20=1488=1184b,一个128B的帧，加上帧间隙后为1184b。
从上图中可以看出，10M速率64B的帧对应的帧数量为：10^7/672=14880，100M对应的帧数量为148809，从testcenter测试仪中可看出。

3.1 完整帧长度

带宽指的是1s内处理的bit数量，公式为：带宽=速率帧长度。
以64B的帧长度为672，10M的速率的帧数量为：14881，根据公式：带宽=14881672=10 000 032=10M；同理148809*672=99 999 648 = 100M

3.2 普通帧长度

假设我们不加上前导码和帧间隙，64B=648=512b；
10M对应的实际带宽为：带宽=51214881=7 619 072=7.6M。
这种方式计算出的值有一个专有名词，以太网有效负载带宽，它表示传输传输10M数据，有效内容只有7.6M,其他的都是以太网的消耗。

4. TestCenter上L1和L2速率

L1指的是物理层速率，即加上帧间隙的速率；
L2(Total Tx(Rx) Rate)实际指的是L2速率(去掉帧间隙和前导码)，即数据链路层的速率。

5. 总结

完整的帧长度包含8字节前导码和12字节空闲帧；
前导码用于同步接收方和发送方bit流，表示有效帧内容的考试；
计算带宽时，使用完整帧长计算出的带宽和有效帧长计算出的带宽不同。
L1对应的是包含前导码和帧间隙的速率，如图6；L2对应的TotalTxRate(bps)，不包含前导码和帧间隙的速率，如图7.

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