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Ethernet/Frame: Unterschied zwischen den Versionen

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'''topic''' - Beschreibung
'''{{BASEPAGENAME}}''' - Typen von Ethernet-Frames
 
== Beschreibung ==
== Beschreibung ==
=== Aufbau nach IEEE 802.3 ===
== Formate ==
; Ethernet überträgt Daten seriell
* Beginnend jeweils mit dem untersten, niederwertigsten Bit (der "Einerstelle") eines Bytes
* Bytes der breiteren Felder werden als BigEndians übertragen (Byte mit der höheren Wertigkeit zuerst)
* Das erste Bit eines Frames ist das Multicast-Bit (Multicastadressen: meist das erste Byte mit einer ungeraden Zahl)


=== Typen von Ethernet-Frames ===
=== Ethernet Version 1 ===
; Ethernet-Version I
; Nicht mehr benutzt
* Nicht mehr benutzt
Definition 1980 durch das '''DIX'''-Konsortium '''D'''EC, '''I'''ntel und '''X'''erox
* Definition 1980 durch Konsortium DEC, Intel und Xerox


; Ethernet-Version-2 oder Ethernet-II-Frame
=== Ethernet-Version-2 oder Ethernet-II-Frame ===
* DIX-Frame
; DIX-Frame Version 2
* Definition 1982 durch das Konsortium DEC, Intel und Xerox
* Definition 1982 durch das Konsortium DEC, Intel und Xerox


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* Ethernet ist quasi ein Synonym für diesen Standard
* Ethernet ist quasi ein Synonym für diesen Standard


=== Ethernet Version 2 ===
; Heute verwendetes Ethernet-Datenblockformat
; Heute ausschließlich verwendetes Ethernet-Datenblockformat
{| class="big"
{|border="2" cellspacing="0" cellpadding="5" style="border-collapse:collapse;"
|-
|-
| colspan="2" style="background-color:#00a4e9;" | '''Bitfolge'''</br>1010101010...
| colspan="2" style="background-color:#00a4e9;" | '''Bitfolge'''</br>1010101010
| colspan="5" style="background-color:#9adaeb;" | '''Ethernet-Frame'''</br>64-1518 Byte
| colspan="5" style="background-color:#9adaeb;" | '''Ethernet-Frame'''</br>64-1518 Byte
| rowspan="3" style="background-color:#7193bf;" | '''Inter</br>Frame</br>Gap</br>'''9,6 μs
| rowspan="3" style="background-color:#7193bf;" | '''Inter</br>Frame</br>Gap</br>'''9,6 μs
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; Ethernet Version 2 Tagged
; Ethernet Version 2 Tagged
Ethernet-II Standard mit 802.1Q VLAN-Tag
Ethernet-II Standard mit 802.1Q VLAN-Tag
{|border="2" cellspacing="0" cellpadding="5" style="border-collapse:collapse;"
{| class="big"
|-
|-
| colspan="2" style="background-color:#00a4e9;" | '''Bitfolge''' </br>1010101010...
| colspan="2" style="background-color:#00a4e9;" | '''Bitfolge''' </br>1010101010
| colspan="6" style="background-color:#9adaeb;" | '''Ethernet-Frame'''</br>68-1522 Byte
| colspan="6" style="background-color:#9adaeb;" | '''Ethernet-Frame'''</br>68-1522 Byte
| rowspan="3" style="background-color:#7193bf;" | '''Inter</br>Frame</br>Gap</br>9,6 μs'''
| rowspan="3" style="background-color:#7193bf;" | '''Inter</br>Frame</br>Gap</br>9,6 μs'''
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=== Ethernet 802.3 Raw (Novell) ===
=== Ethernet 802.3 Raw (Novell) ===


{|border="2" cellspacing="0" cellpadding="5" style="border-collapse:collapse;"
{| class="big"
|-
|-
| colspan="1" style="background-color:#00a4e9;" | '''Bitfolge''' </br>1010 1010
| colspan="1" style="background-color:#00a4e9;" | '''Bitfolge''' </br>1010 1010
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=== Ethernet IEEE 802.3 Basic ===
=== Ethernet IEEE 802.3 Basic ===
Neu sind "DSAP" und "SSAP", ersetzt Type-Field
Neu sind "DSAP" und "SSAP", ersetzt Type-Field
{|border="2" cellspacing="0" cellpadding="5" style="border-collapse:collapse;"
{| class="big"
|-
|-
| colspan="1" style="background-color:#00a4e9;" | '''Bitfolge''' </br>1010 1010
| colspan="1" style="background-color:#00a4e9;" | '''Bitfolge''' </br>1010 1010
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|}
|}


; Ethernet 802.3 Tagged
=== Ethernet 802.3 Tagged ===
Ethernet-II nach IEEE 802.3 (mit 802.1Q VLAN-Tag)
Ethernet-II nach IEEE 802.3 (mit 802.1Q VLAN-Tag)
{|border="2" cellspacing="0" cellpadding="5" style="border-collapse:collapse;"
{| class="big"
|-
|-
| colspan="1" style="background-color:#00a4e9;" | '''Bitfolge''' </br>1010 1010
| colspan="1" style="background-color:#00a4e9;" | '''Bitfolge''' </br>1010 1010
Zeile 165: Zeile 160:
|}
|}


== Ethernet-Header ==
== Jumbo Frames ==
=== Präambel und Start Frame Delimiter (SFD) ===
; Nicht standardisierte und übergroße Frames
==== Präambel ====
* Frames länger als die Standardgröße (IEEE 802.3), werden als Jumbo Frames bezeichnet
; Signal, das in einem Rechnernetz übertragenen Nachrichten vorangestellt wird
* Besteht aus einer sieben Byte langen, alternierenden Bitfolge ("101010…1010")
* Dient zur Bit-Synchronisation der Netzwerkgeräte


==== SFD (Start Frame Delimiter) ====
==== Maximum Transmission Unit (MTU) ====
; Folgt auf die Präambel
; Maximale Paketgröße eines Protokolls der Vermittlungsschicht
* Besteht aus einer festen Bitequenz "1010 1011"
* gemessen in Oktetten (Bytes)
* Kennzeichnet den Beginn des Frames (dient als Startmuster)
* die Maximum Transmission Unit (MTU) kann ohne Fragmentierung in den Frame eines Netzes der Sicherungsschicht (Schicht 2) übertragen werden
* Dient dem Empfänger als Zeichen für den beginnenden Frame-Anfang


=== Ziel- und Quell-MAC-Adresse ===
==== Maximale Frame-Größe ====
; Allgemeines
* Maximale Rahmengröße = Größte MTU aller benutzten Protokolle der Vermittlungsschicht + Größe der Sicherungsschichtheader
* Die Quelladresse identifiziert den Sender, die Zieladresse den Empfänger.
* Diese Adresse kann auch eine Multicast- oder Broadcast-Adresse sein.
* Gekaufte Netzwerkkarten haben eine weltweit eindeutige MAC-Adresse, die global von einem Konsortium und der Herstellerfirma verwaltet wird.


; Aufbau
==== Padding-Feld (PAD-Feld)====
* MAC-Adressen werden traditionell als Hex-Zahlen dargestellt, die mit Doppelpunkten getrennt sind, beispielsweise "08:00:01:EA:DE:21".
; Ethernet-Frame auf Minimalgröße erweitern
* Quell- und Ziel-Mac-Adressen haben eine Länge von sechs Bytes (48 Bit).
* 64 Byte
* Zwei Bit der MAC-Adresse werden zu ihrer Klassifizierung verwendet.
* Wichtig bei alten Übertragungsverfahren, um Kollisionen in der sogenannten Collision-Domain sicher zu erkennen
* Präambel und SFD (8 Bytes) werden bei der Mindestlänge des Frames nicht mitgezählt (ein VLAN-Tag schon)
* Ein PAD-Feld wird somit erforderlich, wenn als Nutzdaten weniger als 46 bzw.&nbsp;42 Bytes (ohne bzw.&nbsp;mit 802.1Q-VLAN-Tag) zu übertragen sind
* Das in Type angegebene Protokoll muss dafür sorgen, dass diese als Pad angefügten Bytes (auch "Padding Bytes" genannt) nicht interpretiert werden (üblicherweise eine eigene Nutzdaten-Längenangabe)


; Klassifizierung
====Frame Check Sequence (FCS)====
* Unicast- oder Broadcast-/Multicast-Adresse.
; Allgemeines
* MAC-Adresse (46 Bit) global oder lokal administriert
* 32-Bit-CRC-Prüfsumme
* Wird über dem eigentlichen Frame berechnet, also beginnend mit der Ziel-MAC-Adresse und endend mit dem PAD-Feld
* Präambel, der SFD und die FCS selbst sind nicht in der FCS enthalten


siehe [[MAC-Adresse]]
; Ablauf
* Wird ein Paket beim Sender erstellt, wird eine CRC-Berechnung über die Bitfolge durchgeführt und die Prüfsumme an den Datenblock angehängt.
* Der Empfänger führt nach dem Empfang die gleiche Berechnung aus.
* Stimmt die empfangene nicht mit der selbst berechneten Prüfsumme überein, geht der Empfänger von einer fehlerhaften Übertragung aus, und der Datenblock wird verworfen.


=== VLAN-Tag (TPID/TCI) ===
; Berechnung
: Im Tagged-MAC-Frame (IEEE 802.1Q) folgen vier Bytes als VLAN-Tag
* Zur Berechnung der CRC-32-Prüfsumme werden die ersten 32 Bit der Mac-Adresse invertiert und das Ergebnis der Prüfsummenberechnung wird ebenfalls invertiert (Vermeidung des Nullproblems).
* In üblichen CRC-Implementierungen als rückgekoppelte Schieberegister werden Datenbits in übertragener Reihenfolge, also vom LSB (least significant bit) zum MSB (most significant bit), durch ein Schieberegister geschickt, das aber selbst vom LSB aus beschickt wird.
* In Schieberichtung steht damit das MSB der CRC zuerst zur Verfügung und gerät auch in Abweichung zu allen anderen Daten zuerst auf die Leitung.
* Wird nun der Datenstrom beim Empfänger inklusive empfangenem CRC-Wert in das Schieberegister geschrieben, enthält die CRC im fehlerfreien Fall den Wert Null.
* Ein von Null abweichender Wert deutet auf einen Übertragungsfehler hin.
* Durch die Invertierung der ersten 32 Bit und der CRC-Summe ist das Ergebnis nicht mehr Null.
* Wenn kein Übertragungsfehler aufgetreten ist, dann enthält das Schieberegister immer dieselbe Zahl, auch Magic Number genannt.
* Beim Ethernet lautet die Magic Number 0xC704DD7B.
[[Kategorie:Ethernet]]


siehe [[VLAN]]
=== Mindestgröße ===
Ein Frame muss mindestens 64 Byte groß sein
* 68 Byte bei Tagged
* Minimale Slot-Time zur Erkennung von Kollisionen
* Andernfalls werden Bit ergänzt


=== Typ-Feld (Ether-Type) ===
{| class="wikitable options big"
; Ethertype beschreibt das Format bzw.&nbsp;das Protokoll zur Interpretation des Datenblocks
! Standard !! Mindestgröße Daten
* Zulässige Werte für Ethertype werden von der IEEE administriert (beschränkt sich auf die Vergabe neuer Ethertype-Werte)
* Gibt Auskunft über das verwendete Protokoll der nächsthöheren Schicht innerhalb der Nutzdaten
* Die Werte sind größer als 0x0600 (sonst ist das ein Ethernet-I-frame mit Längenfeld in dieser Position)
* Ist ein VLAN-Tag vorhanden, darf das daran anschließende Typ-Feld nicht 0x8100 sein (0x8100 ist zur Kennzeichnung eines VLAN-Tags reserviert)
 
{| class="wikitable sortable options"
! Typfeld !! Protokoll
|-----
|-----
| 0x0800 || IP Internet Protocol, Version 4 (IPv4)
|Ethernet II
|46 Bytes
|-----
|-----
| 0x0806
|Ethernet 802.3
| Address Resolution Protocol (ARP)
|42 Bytes
|-----
|-----
| 0x0842 || Wake on LAN (WoL)
|}
|-----
 
| 0x8035
; VLAN 802.1q (tagged)
| Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
{| class="wikitable eoptions big"
|-----
! Standard !! Mindestgröße Daten
| 0x809B || AppleTalk (EtherTalk)
|-----
| 0x80F3
| Appletalk Address Resolution Protocol (AARP)
|-----
| 0x8100
| VLAN Tag (VLAN)
|-----
| 0x8137 || Novell Internetwork Packet Exchange (IPX)
|-----
| 0x8138 || Novell
|-----
| 0x86DD
| IP Internet Protocol, Version 6 (IPv6)
|-----
| 0x8847
| MPLS Unicast
|-----
| 0x8848
| MPLS Multicast
|-----
| 0x8863 || PPP over Ethernet PPPoE Discovery
|-----
| 0x8864 || PPP over Ethernet PPPoE Session
|-----
| 0x8870
| Jumbo Frames
|-----
| 0x888E
| 802.1X Port Access Entity
|-----
| 0x8892
| Echtzeit-Ethernet PROFINET
|-----
| 0x88A2
| ATA over Ethernet ATA over Ethernet Coraid AoE
|-----
| 0x88A4
| Echtzeit-Ethernet (EtherCAT)
|-----
| 0x88A8
| Provider Bridging
|-----
| 0x88AB
| Echtzeit-Ethernet Ethernet Powerlink (Ethernet POWERLINK)
|-
|0x88B8
|IEC61850 Generic Object Oriented Substation Events (GOOSE)
|-----
|-----
| 0x88CC
|Ethernet Version 2.0 tagged
| Link Layer Discovery Protocol (LLDP)
|46 Bytes
|-----
|-----
| 0x88CD
|IEEE 802.3 tagged
| Echtzeit-Ethernet Sercos III
|46 Bytes
|-----
|-----
| 0x88E1
| HomePlug AV
|-
|0x88E5
|MACsec
|-----
| 0x8906
| Fibre Channel over Ethernet
|-----
| 0x8914
| FCoE Initialization Protocol (FIP)
|-
|0x8947
|GeoNetworking protocol
|}
|}


=== Nutzdaten ===
; Payload
* Pro Datenblock können maximal 1500 Bytes an Nutzdaten übertragen werden
* Die Nutzdaten werden von dem unter Type angegebenen Protokoll interpretiert
* Die Datenbytes werden in aufsteigender Byte-Reihenfolge verschickt
* Jumbo Frames, Super Jumbo Frames und Jumbogramme erlauben auch größere Datenblöcke, diese Spezialmodi bewegen sich aber offiziell abseits von Ethernet (beziehungsweise IEEE 802.3)


<noinclude>
<noinclude>
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== Anhang ==
== Anhang ==
=== Siehe auch ===
=== Siehe auch ===
<div style="column-count:2">
<categorytree hideroot=on mode="pages">{{BASEPAGENAME}}</categorytree>
</div>
----
{{Special:PrefixIndex/{{BASEPAGENAME}}/}}
{{Special:PrefixIndex/{{BASEPAGENAME}}/}}
=== Dokumentation ===
=== Dokumentation ===
<!--
===== RFC =====
===== RFC =====
; Man-Page
{| class="wikitable big options col1center col3center"
;Info-Page
|-
! RFC !! Titel !! Jahr !! Status
|-
| [https://www.rfc-editor.org/info/rfc2460 2460] || Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification || 1998 || Ersetzt durch [https://www.rfc-editor.org/info/rfc8200 RFC 8200]
|-
| [https://www.rfc-editor.org/info/rfc8200 8200] || Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification || 2017 || Updated by [https://www.rfc-editor.org/info/rfc9673 RFC 9673]
|}
===== Man-Page =====
===== Info-Page =====
-->
 
 
=== Links ===
=== Links ===
==== Projekt ====
==== Weblinks ====
==== Weblinks ====
# [https://www.ip-insider.de/themenbereiche/grundlagen/basiswissen/articles/191377/ Moderne LANs: IEEE 802.3ab 1000 BASE-T]
 
# [https://www.koehler-ks.de/Ethernet.html Ethernet-Paketformate]
{{DEFAULTSORT:new}}
# [[Jürgen Plate]]: [https://www.netzmafia.de/skripten/netze/ Grundlagen Computernetze.] FH München
{{DISPLAYTITLE:new}}
# [https://www.ethermanage.com/ethernet/ethernet.html Charles Spurgeon’s Ethernet Web Site] (englisch)
 
# [https://www.ieee802.org/3/ Projektseite der IEEE 802.3 Working Group] (englisch)
</noinclude>
# [https://standards.ieee.org/getieee802/index.html Ethernet-Standards] als PDF auf der IEEE-Download-Seite (englisch)
[[Kategorie:Ethernet]]
# [https://www.storage-insider.de/themenbereiche/rz-techniken/konsolidierung-tco/articles/244941/ 10-Gigabit-Ethernet führt iSCSI und Fibre Channel zusammen]
# W. Schulte: [https://wwwlehre.dhbw-stuttgart.de/~schulte/doc/Funkschau_16.pdf Metro- / Carrier Ethernet] (PDF; 709&nbsp;kB) DHBW Stuttgart. In: ''Funkschau'', 16, S. 14

Aktuelle Version vom 5. Juli 2025, 10:16 Uhr

Ethernet/Frame - Typen von Ethernet-Frames

Beschreibung

Formate

Ethernet Version 1

Nicht mehr benutzt

Definition 1980 durch das DIX-Konsortium DEC, Intel und Xerox

Ethernet-Version-2 oder Ethernet-II-Frame

DIX-Frame Version 2
  • Definition 1982 durch das Konsortium DEC, Intel und Xerox
Standard IEEE 802.3
  • Seit 1983
  • Definiert zwei weitere Frame-Formate
    1. IEEE 802.3 3.1.a Basic MAC frame
    2. IEEE 802.3 3.1.b Tagged MAC frame
  • definiert das 16-bit-Feld nach den MAC-Adressen als Type/Length-Feld
  • Ethernet ist quasi ein Synonym für diesen Standard
Heute verwendetes Ethernet-Datenblockformat
Bitfolge
1010101010 		Ethernet-Frame
64-1518 Byte 		Inter
Frame
Gap
9,6 μs
Präambel SFD Zieladresse Quelladresse Typ Daten FCS
8 Byte 6 Byte 6 Byte 2 Byte 46-1500 Byte 4 Byte
Ethernet Version 2 Tagged

Ethernet-II Standard mit 802.1Q VLAN-Tag

Bitfolge
1010101010 		Ethernet-Frame
68-1522 Byte 		Inter
Frame
Gap
9,6 μs
Präambel SFD Zieladresse Quelladresse Tag Typ Daten FCS
8 Byte 6 Byte 6 Byte 2 Byte 2 Byte 46-1500 Byte 4 Byte

Ethernet 802.3 Raw (Novell)

Bitfolge
1010 1010
1010 1011 		Ethernet-Frame
64-1518 Byte 		Inter
Frame
Gap
9,6 μs
Präambel SFD Zieladresse Quelladresse Länge 0xFFFF Daten FCS
8 Byte 6 Byte 6 Byte 2 Byte 2 Byte 44-1498 Byte 4 Byte

Ethernet IEEE 802.3 Basic

Neu sind "DSAP" und "SSAP", ersetzt Type-Field

Bitfolge
1010 1010
1010 1011 		Ethernet-Frame
64-1518 Byte 		Inter
Frame
Gap
9,6 μs
Präambel SFD Zieladresse Quelladresse Länge DSAP SSAP Controle Daten FCS
8 Byte 6 Byte 6 Byte 2 Byte 1 Byte 1 Byte 1 Byte 42-1497 Byte 4 Byte

Ethernet 802.3 Tagged

Ethernet-II nach IEEE 802.3 (mit 802.1Q VLAN-Tag)

Bitfolge
1010 1010
1010 1011 		Ethernet-Frame
68-1522 Byte 		Inter
Frame
Gap
9,6 μs
Präambel SFD Zieladresse Quelladresse Tag Länge DSAP SSAP Controle Daten FCS
8 Byte 6 Byte 6 Byte 4 Byte 2 Byte 1 Byte 1 Byte 1 Byte 42-1497 Byte 4 Byte

Jumbo Frames

Nicht standardisierte und übergroße Frames
  • Frames länger als die Standardgröße (IEEE 802.3), werden als Jumbo Frames bezeichnet

Maximum Transmission Unit (MTU)

Maximale Paketgröße eines Protokolls der Vermittlungsschicht
  • gemessen in Oktetten (Bytes)
  • die Maximum Transmission Unit (MTU) kann ohne Fragmentierung in den Frame eines Netzes der Sicherungsschicht (Schicht 2) übertragen werden

Maximale Frame-Größe

  • Maximale Rahmengröße = Größte MTU aller benutzten Protokolle der Vermittlungsschicht + Größe der Sicherungsschichtheader

Padding-Feld (PAD-Feld)

Ethernet-Frame auf Minimalgröße erweitern
  • 64 Byte
  • Wichtig bei alten Übertragungsverfahren, um Kollisionen in der sogenannten Collision-Domain sicher zu erkennen
  • Präambel und SFD (8 Bytes) werden bei der Mindestlänge des Frames nicht mitgezählt (ein VLAN-Tag schon)
  • Ein PAD-Feld wird somit erforderlich, wenn als Nutzdaten weniger als 46 bzw. 42 Bytes (ohne bzw. mit 802.1Q-VLAN-Tag) zu übertragen sind
  • Das in Type angegebene Protokoll muss dafür sorgen, dass diese als Pad angefügten Bytes (auch "Padding Bytes" genannt) nicht interpretiert werden (üblicherweise eine eigene Nutzdaten-Längenangabe)

Frame Check Sequence (FCS)

Allgemeines
  • 32-Bit-CRC-Prüfsumme
  • Wird über dem eigentlichen Frame berechnet, also beginnend mit der Ziel-MAC-Adresse und endend mit dem PAD-Feld
  • Präambel, der SFD und die FCS selbst sind nicht in der FCS enthalten
Ablauf
  • Wird ein Paket beim Sender erstellt, wird eine CRC-Berechnung über die Bitfolge durchgeführt und die Prüfsumme an den Datenblock angehängt.
  • Der Empfänger führt nach dem Empfang die gleiche Berechnung aus.
  • Stimmt die empfangene nicht mit der selbst berechneten Prüfsumme überein, geht der Empfänger von einer fehlerhaften Übertragung aus, und der Datenblock wird verworfen.
Berechnung
  • Zur Berechnung der CRC-32-Prüfsumme werden die ersten 32 Bit der Mac-Adresse invertiert und das Ergebnis der Prüfsummenberechnung wird ebenfalls invertiert (Vermeidung des Nullproblems).
  • In üblichen CRC-Implementierungen als rückgekoppelte Schieberegister werden Datenbits in übertragener Reihenfolge, also vom LSB (least significant bit) zum MSB (most significant bit), durch ein Schieberegister geschickt, das aber selbst vom LSB aus beschickt wird.
  • In Schieberichtung steht damit das MSB der CRC zuerst zur Verfügung und gerät auch in Abweichung zu allen anderen Daten zuerst auf die Leitung.
  • Wird nun der Datenstrom beim Empfänger inklusive empfangenem CRC-Wert in das Schieberegister geschrieben, enthält die CRC im fehlerfreien Fall den Wert Null.
  • Ein von Null abweichender Wert deutet auf einen Übertragungsfehler hin.
  • Durch die Invertierung der ersten 32 Bit und der CRC-Summe ist das Ergebnis nicht mehr Null.
  • Wenn kein Übertragungsfehler aufgetreten ist, dann enthält das Schieberegister immer dieselbe Zahl, auch Magic Number genannt.
  • Beim Ethernet lautet die Magic Number 0xC704DD7B.

Mindestgröße

Ein Frame muss mindestens 64 Byte groß sein

  • 68 Byte bei Tagged
  • Minimale Slot-Time zur Erkennung von Kollisionen
  • Andernfalls werden Bit ergänzt
Standard Mindestgröße Daten
Ethernet II 46 Bytes
Ethernet 802.3 42 Bytes
VLAN 802.1q (tagged)
Standard Mindestgröße Daten
Ethernet Version 2.0 tagged 46 Bytes
IEEE 802.3 tagged 46 Bytes



Anhang

Siehe auch

Dokumentation

Links

Weblinks

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