討論以太網的幀長，就不得不先提一下以太網的大名鼎鼎的CSMA/CD協議。
1.1 CSMA/CD協議
CSMA/CD是英文carrier sense multiple access/collision detected 的縮寫，可把它翻成“載波監聽多路訪問/沖突檢測”，或“帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問”。
所謂載波監聽（carrier sense），意思就是以太網絡上的各個工作站在發送數據前，都要監聽總線上有沒有數據正在傳輸。若有數據傳輸 （稱總線為忙），則不發送數據，需要等待；若無數據傳輸（稱總線為空），可以立即發送准備好的數據。
所謂多路訪問（multiple access)，意思就是以太網絡上的各個工作站在發送數據時，共同使用一條總線，且發送數據是廣播式的。
所謂沖突（collision），意思就是，若以太網上有兩個或兩個以上工作站同時發送數據，在總線上就會產生信號的沖突；多個工作站都同時發送數據，在總線上就會產生信號的沖突，哪個工作站接收到的數據都辨別不出真正的信息。這種情況稱沖突或者碰撞。
為了減少沖突發生的影響，工作站在發送數據過程中還要不停地檢測自己發送的數據，檢測自己傳輸過程中有沒有其他工作站在發送數據，在傳輸過程中與其它工作站的數據發生沖突，這就是沖突檢測（collision detected）。
詳細見CSMA/CD協議介紹。
1.2 以太網探測幀
當多個工作站均想向以太網發送數據時，如果總線處於忙的狀態，大家都等待，也不會有何爭議；但是如果總線處於空的狀態，而且工作站是依次監聽到空狀態，那么各個工作站就會陸續向總線發送數據，A工作站發送的數據還未傳遞到另一個要發送數據的B工作站，那么B工作站仍然認為總線為空的狀態，那么B工作站也向總線注入數據；如果還有更多工作站向總線注入數據，原理一樣，只是更加復雜而已。
A工作站傳遞的數據與B工作站傳遞的數據就會在總線的某處發送沖突，導致此次數據發送失敗。那有什么辦法可以提前判斷，使得工作站不必每次都源源不斷的向總線注入數據，其后又檢測到沖突，而重新等待，如此反復，既浪費了寶貴的工作站資源與總線資源，又使得數據遲遲不能發送出去。
先了解下碰撞信號，就是連續的01010101或者10101010,十六進制就是55或AA。以太網實現原理是，假設某個工作站檢測到沖突發生，那就發送碰撞信號，使沖突更加明顯，使得所有工作站均能檢測到總線發生了沖突。
我們來看一下，假設A檢測到總線是空閑的，開始發數據包，盡力傳輸，當數據包還沒有到達B時，B也監測到總線是空閑的，開始發數據包，這時就會發生沖突。假設B 首先發現發生碰撞，開始發送碰撞信號。
這個碰撞信號會返回到 A，如果碰撞信號到達A時，A還沒有發完這個數據包，A就知道這個數據包發生了錯誤，就會重傳這個數據包。但如果碰撞信號會返回到A時，數據包已經發完， 則A不會重傳這個數據包。
以太網為什么要設計這樣的重傳機制。首先，以太網不想采用連接機制，這會降低傳輸效率，但他又想保證一定的傳輸效率。因為以太網的重傳是微秒級，而傳輸層的重傳，如TCP的重傳達到毫秒級，應用層的重傳更達到秒級。我們可以看到越底層的重傳，速度越快，所以對於鏈路層發生的錯誤，以太網必須有重傳機制。
要保證以太網的重傳，必須保證A收到碰撞信號的時候，數據包沒有傳完，要實現這一要求，A和B之間的距離很關鍵，也就是說信號在A和B之間傳輸的來回時間 必須控制在一定范圍之內。
解決方法就是，每個想要發送數據的工作站，檢測到總線為空狀態，在發送數據之前，先發送一個探測幀，探測幀的發送就圓滿的解決了上面的問題。而探測幀的長度既要達到最快速的傳遞到目的地，又要確保探測幀的傳遞時間足夠使得其他工作站能夠監聽到。這個探測幀的長度就是以太網規定的最小幀長，就是一個最小最長幀。
由於以太網傳遞的幀，歸根結底還是由比特流組成。上面提到的傳輸速率，其實就是工作站的發送速率，傳輸一個幀還是一個個的比特發送出去。即，工作站發送一個幀的第一個比特到達目的地，而此幀的最后一個比特正好發送出去。
2.1 碰撞槽時間
C代表光速，也就是20.3cm/ns(每納秒20.3厘米)， C是30W。電子在銅介質（普通銅）中的移動速度是21W/s 。
假設公共總線媒體長度為S，幀在媒體上的傳播速度為0.7C（光速），網絡的傳輸率為R（bps），幀長為L（bps），tPHY為某站的物理層時延；
則有：
碰撞槽時間=2S/0.7C+2tPHY
因為Lmin/R=碰撞槽時間
所以：Lmin =（2S/0.7C+2tPHY ）×R
Lmin 稱為最小幀長度。
碰撞槽時間在以太網中是一個極為重要的參數，有如下特點：
（1）它是檢測一次碰撞所需的最長時間。
（2）要求幀長度有個下限。（即最短幀長）
（3）產生碰撞，就會出現幀碎片。
（4）如發生碰撞，要等待一定的時間。t=rT。（T為碰撞槽時間）
假設：A、B兩地之間通過一個單向傳送帶傳遞物品，傳送帶的傳輸速度是C(C代表光速)，也就是20.3cm/ns(每納秒20.3厘米)，A點有個人叫Marcia，她要把一車荔枝一串一串的發送給B點的那個人Allen，現在Marcia需要抉擇的是：我在傳送荔枝給Allen的時候，如果Allen同時也有荔枝傳給我，這個時候就會產生沖突，而沖突會把傳送中的荔枝撞碎，破碎的荔枝渣會通過傳送帶反送給我，我很想知道是哪一串荔枝被撞碎了，如何實現？一個辦法就是：在我收到荔枝碎片的時候，我仍舊在傳着這串荔枝！比如有很多串荔枝，第1串，第2串等，當我發送第3串荔枝的過程中，收了荔枝碎片，那肯定是第3串里先發出的荔枝出現了碰撞，而不是第2串或第1串中的荔枝發生碰撞。
為了實現這一點，假如Marcia到Allen點的距離是2500米(250000厘米)，傳送帶上的荔枝每納秒20.3厘米，那么一串荔枝中的第一個荔枝到達Allen點的用時就是250000除以20.3=12500納秒，在加上碎片返回的時間是12500納秒，等於25000納秒，這個時間就是一串荔枝在傳送帶上必須持續的時間。
Marcia高興的時候，往傳送帶上放荔枝的時候快，不高興的時候就慢。高興的時候每秒可以往傳送帶上放100Mbit個荔枝，換算一下，也就是說放一個荔枝用10納秒。不高興的時候每秒鍾只能往傳送帶上放10Mbit個，也就是說放一個荔枝用100納秒。
因為一串荔枝必須持續的時間25000納秒，那么對於不高興的時候，25000除以100=250個荔枝，這個結果就是一串荔枝的數量。所以，理論上一個10Mbit/s的以太網，最小幀長應該是250bit。但為了確保Marcia在放荔枝的過程中不會被扎到手，放送荔枝間會有一定的延時，所以最小幀長被定義為512bit(64字節)。
因為一串荔枝必須持續的時間25000納秒，對於高興的時候，25000除以10=2500個荔枝，這個結果就是一串荔枝的數量。所以，理論上一個100Mbit/s的以太網，最小幀長應該是2500bit。但一個2500bit的幀又太大了，上層來的數據包不可能這么大。所以我們只能縮短A點到B點的距離為250米，一個荔枝在傳送帶上往返的時間也變成了2500納秒。這時用2500除以10=250個荔枝，這個結果就是一串荔枝的數量。所以，理論上一個100Mbit/s的以太網，最小幀長應該是250bit，網絡最大有效距離是250米。但為了確保Marcia在放荔枝的過程中不會被扎到手，放送荔枝間會有一定的延時，所以幀長被定義為512bit(64字節)。
由此可見，MAC層發送的速度越快，以太網的最大有效距離就越短。但對於1000Mb/s的吉比特以太網，MAC層有兩種選擇，要么保留CSMA/CD，要么不用它。若保留CSMA/CD協議，必須面臨碰撞檢測問題，這就要再一次減小網絡的最大有效傳輸距離到25米。當然您可以不縮短網絡的距離，而是增加一個幀的程度，就如我們開始分析100Mb/s以太網那樣，讓一個幀持續足夠長的時間。但因為上層來的數據沒有這么多，所以就需要在MAC層進行一些無用數據的填充來滿足這個要求。
2.2 最優沖突時間
下面我們來估計在最壞情況下，檢測到沖突所需的時間
（1）A和B是網上相距最遠的兩個主機，設信號在A和B之間傳播時延為τ，假定A在t時刻開始發送一幀，則這個幀在t+τ時刻到達B，若B在t+τ－ε時刻開始發送一幀，則B在t+τ時就會檢測到沖突，並發出阻塞信號。
（2）阻塞信號將在t+2τ時到達A。所以A必須在t+2τ時仍在發送才可以檢測到沖突，所以一幀的發送時間必須大於2τ。
（3）按照標准，10Mbps以太網采用中繼器時，連接最大長度為2500米，最多經過4個中繼器(以太網中使用中繼器的5-4-3-2-1原則)，因此規定對於10Mbps以太網規定一幀的最小發送時間必須為51.2μs。
（4）51.2μs也就是512位數據在10Mbps以太網速率下的傳播時間，常稱為512位時。這個時間定義為以太網時隙。512位時=64字節，因此以太網幀的最小長度為512位時=64字節。
2.3 以太網幀長
802.3-2002標准定了以太網的頭結構為DA(6)+SA(6)+Len/Type(2)=14字節。幀校驗序列(FCS)：4字節，使用CRC計算從目的MAC到數據域這部分內容而得到的校驗和。
以太網的幀開銷是18字節，是“目的MAC（6）＋源MAC（6）＋Type（2）＋CRC（4）”。以太網最小幀長為64字節，那么IP報文最小為46字節，而局域網規定IP最大傳輸單元1500字節，實際上加上以太網幀的18字節，就是1518字節。
IEEE定義了這個標准，一個碰撞域內，最遠的兩台機器之間的round-trip time 要小於512bit time。(來回時間小於512位時，所謂位時就是傳輸一個比特需要的時間）。這也是我們常說的一個碰撞域的直徑。
512個位時，也就是64字節的傳輸時間，如果以太網數據包大於或等於64個字節，就能保證碰撞信號到達A的時候，數據包還沒有傳完。
這就是為什么以太網要最小64個字節，同樣，在正常的情況下，碰撞信號應該出現在64個字節之內，這是正常的以太網碰撞，如果碰撞信號出現在64個字節之后，叫 late collision。這是不正常的。
CISCO交換機有一種轉發方式叫fragment-free，叫無碎片轉發，他就是檢查64個字節之內有沒有錯誤，有的話不轉發，這樣就排除了正常的以太網錯誤包。