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  • 以太网帧长度大小限制

    万次阅读 2019-03-31 17:22:37
    表示以太网传输的最大帧长度。 为什么要有最大帧长度限制呢? 这是因为以太网采用的是CSMA/CD方法在介质上传输数据。CSMA/CD叫做带冲突检测的载波监听多路访问技术,在发送数据之前需要检测链路是否空闲,只有链路...

    最大长度限制

    网卡上一个参数是MTU值。一般都是1500。表示以太网传输的最大帧长度。
    为什么要有最大帧长度限制呢?
    这是因为以太网采用的是CSMA/CD方法在介质上传输数据。CSMA/CD叫做带冲突检测的载波监听多路访问技术,在发送数据之前需要检测链路是否空闲,只有链路空闲时才发送数据,并且边发送边检测。发送的过程中一旦检测到冲突则立即停止。所以也就是说,数据发送的过程中,整个链路是被独占的。所以需要限制一次传输数据的最大长度,如果一个人占用时间过长,这对其他人而言是不可接受的。
    而且限制最大长度还有以下好处:
    1)帧传输的过程中,一旦出错,需要全部重传,长度太长反而效率不高。(可能现在的传输介质已经不存在这种问题了)
    2)帧越长,需要的缓存越大,1979年在设计网卡时,缓存的价格非常昂贵,所以当时选用1500 bytes作为最大的长度。

    需要注意的是,以长帧长度限制是1518字节。减去18字节的以太网帧长度,所以ip层的报文长度限制为1500。

    最小长度限制

    最大长度还是比较直观易于理解,那么为什么又有最小长度限制呢?
    还是因为CSMA/CD。
    AB之间通信。
    当A检测到链路空闲,然后发送报文,巧的是B跟你一样,这不就冲突了嘛。
    最坏的情况,AB俩隔得最远。当A发送的报文刚好要到达B时,B开始发送报文。
    如果在B的报文到达A之前,A就已经发送完了,那么A就不知道冲突了。所以,需要限制发送的报文最小长度。
    最小长度是多少呢?
    显然,最小长度同时受两个节点最远距离和传输速度的影响。最远距离越长,传输速度越快,所需要的最小长度也就越大。

    针对不同带宽的网络,标准组织定义了不同的slot time。

    SpeedSlot timeTime Interval
    10 Mbit/s512 bit times51.2 microseconds
    100 Mbit/s512 bit times5.12 microseconds
    1 Gbit/s4096 bit times4.096 microseconds
    2.5 Gbit/s onwardno half-duplex operation

    所以,不同的网络,其实最小长度是不一定的,两个节点能相隔的最远距离也是不一样的。
    10Mbit/s的网络,报文最小长度为64字节。两个节点最远距离不能超过:
    51.210(-6)*(0.7*3*108)/2=5.376km
    在1Gbit/s的网络中,报文最小长度为512字节。最远距离不超过约0.43km

    不足的长度填充全0补齐。这些数据是不计算入ip层的。
    使用tcpdump抓包时,经常看见length=0的报文。其实这个长度指的是TCP层数据报文的长度。

    参考:
    以太网最小,最大字节长度 https://blog.51cto.com/19880206/890070
    https://en.wikipedia.org/wiki/Slot_time
    https://stackoverflow.com/questions/33039394/why-is-the-minimum-ethernet-frame-64-bytes

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  • 以太网帧长度1518、1522、1536的说明

    千次阅读 2018-01-15 14:13:15
    一、IEEE802.3 以太网帧结构:  Preamble (7-bytes) --前导码 Start Frame Delimiter (1-byte) --定界符  Dest. MAC Address (6-bytes) --目的地址  Source MAC Address (6-bytes) --...

    一、IEEE802.3 以太网帧结构: 

    Preamble (7-bytes) --前导码

    Start Frame Delimiter (1-byte) --定界符 

    Dest. MAC Address (6-bytes) --目的地址 

    Source MAC Address (6-bytes) --源地址 

    Length / Type (2-bytes) --长度或帧类型 

    Data --数据,n最大为1500,即MTU (0-n bytes) 

    Pad --填充字段,p最大为46 (0-p bytes) 

    Frame Check Sequence (4-bytes) --帧校验码 

     最大长度为:1518字节(byte)。

    二、Ethernet V2 以太网帧结构

    在1998年提出的802.3ac里,加入了对vlan的支持。在有vlan的情况下在源地址后多加入4个字节。

    Preamble (7-bytes) --前导码

    Start Frame Delimiter (1-byte)  - - 定界符 

    Dest. MAC Address (6-bytes) - - 目的地址 

    Source MAC Address (6-bytes) --源地址 

    Length/Type - - [802.1Q Tag Type (2-byte) ]0x8100表明是VLAN

    Tag Control Information (2-bytes)--

     - 3-bits User Priority Field;

     - 1-bit Canonical Format Indicator (CFI);

     - 12-bits VLAN Identifier (VID) 

    Length / Type (2-bytes) --长度或帧类型 

    Data --数据,n最大为1500,即MTU (0-n bytes) 

    Pad --填充字段,p最大为46 (0-p bytes)

    Frame Check Sequence (4-bytes) --帧校验码 

    最大长度为:1512字节(byte)。

    三、帧长度1536

    IEEE802.3中规定,如果Length / Type的值大于0×600则表示是类型,0x600 = 1536。

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  • 来源:《传智播客》及网络整理:王耀以太网(Ethernet)最早是由Xerox(施乐)公司创建的局域网组网规范,1980年DEC、Intel和Xeox三家公司联合开发了初版Ethernet规范—DIX 1.0,1982年这三家公司又推出了修改版本DIX ...

    来源:《传智播客》及网络

    整理:王耀

    以太网(Ethernet)最早是由Xerox(施乐)公司创建的局域网组网规范,1980年DEC、Intel和Xeox三家公司联合开发了初版Ethernet规范—DIX 1.0,1982年这三家公司又推出了修改版本DIX 2.0,并将其提交给IEEE 802工作组——现在好多的10G、40G、100G、400G光模块标准也出自这个组,经IEEE成员修改并通过后,成为IEEE的正式标准,并编号为IEEE 802.3。

    虽然Ethernet规范和IEEE 802.3规范并不完全相同,但一般认为Ethernet和正IEEE 802.3是兼容的。

    以太网是应用最广泛的局域网技术,根据传输速率的不同,以太网分为标准以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbis)、千兆以太网(1000Mbs)和万兆以太网(10Gbit/s),这些以太网都符合IEEE 802.3标准,是兼容的。

    1、标准以太网

    标准以太网是最早期的以太网,其传输速率为10Mbts,也称为传统以太网。

    此种以太网的组网方式非常灵活,既可以使用粗、细缆组成总线网络,也可以使用双绞线组成星状网络,还可以同时使用同轴电缆和双绞线组成混合网络。这些网络都符合IEE802.3标准,IEEE802.3中规定的一些传统以太网物理层标准如下。

    • 10 Base-2:使用细同轴电缆,最大网段长度为185m。

    • 10 Base-5:使用粗同轴电缆,最大网段长度为500m。

    • 10 Base-T:使用双纹线,最大网段长度为100m。

    • 10 Boad-36:使用同轴电缆,最大网段长度为3600m。

    • 10 Base-F:使用光纤,最大网段长度为2000m,传输速率为10Mb/s。

    以土标准中首部的数字代表传输速率,单位为Mbis;末尾的数字代表单段网线长度(基准单位为100m);Base表示基带传输, Broad表示宽带传输。

    2、快速以太网

    随着网络的发展和各项网络技术的普及,标准以太网技术已难以满足人们对网络数据流量和速率的需求。

    1993年10月以前,人们只能选择价格昂贵、基于100Mbs光缆的FDD技术组建高标准网络,1993年10月, Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器FastSwitch10/100和百兆网络接口卡 Fast NIC 100,快速以太网技术正式得到应用。

    随后,Intel、3COM等公司也相继推出了自己的快速以太网设备,同时IEEE802工作组对100Mbi/s以太网的各种标准进行了研究,并于1995年4月发布了IEEE 802.3u 100Base-T快速以太网标准,快速以太网时代到来。

    IEEE 802.3U标准基本保持了标准局域网的规定,包括帧格式、接口、介质访问控制方法

    ( CSMA/CD)等,只是将数据传输速率从10Mbts提升到了100Mbit/s,又使用了一些新的物理层标准,具体如下所示。

    • 100 Base-1X:使用两对5类屏蔽或非屏蔽双绞线,一对用于发送数据,一对用于传输数据;使用RJ-45或DB9接口,节点与集线器的最大距离为100m,支持全双工。

    • 100 Base-T4:使用4对3类、4类或5类双绞线,3对用于发送数据,1对用于检测冲突信号;使用R-45连接器,最大网段长度为100m,不支持全双工。

    • 100Base-FX:使用一对单模或多模光纤,一路用于发送数据,一路用于接收数据;最大网段长度为200m(使用单模光纤时可达2000m),支持全双工。此种网络主要用于搭建主千网,以提升主干网络传输速率。

    3、千兆以太网

    千兆以太网(GigabitEthernet)也称为吉比特以太网。

    1995年11月,IEEE 802.3工作组委任一个高速研究组,以研究将快速以太网速率增至1000Mbls的可行性和方法。

    1996年6月,IEEE标准委员会批准了千兆以太网方案授权申请,随后IEEE 802.3工作组成立了IEEE 802.3z工作委员会,该委员会建立了千兆以太网标准,该标准的主要规定如下:

    • 速率为1000Mbit/s的以太网在通信时的全双工/伴半双工操作。

    • 使用8023以太网帧格式、CSMA/CD技术。

    • 在一个冲突域中支持一个中继器。

    • 向下兼容10Base-T和100Base-TIEEE 802.3。

    工作组为千兆以太网制定了一系列物理层标准,其中常用的标准如下。

    (1)1000 Base-SX:使用芯径为50m及625m、工作波长为850m的多模光纤,采用8B/10B编码方式,传输距离分别为260m和525m。此标准主要应用于建筑物中同一层的短距离主于网。

    (2)1000 Base-LX:使用芯径为50pm及625m、工作波长为850nm和芯径为5m、工作波长为1300nm的多模、单模光纤,传输距离分别为525m、550m和3000m。此标准主要应用于校园主干网。

    (3)1000 Base-CX:使用1500屏蔽双绞线,采用8B/10B编码方式,传输速率为1.25Gbis,传输距离为25m。此标准主要用于集群设备的连接,如一个交换机机房内的设备互联。

    (4)1000 Base-T:使用4对5类非屏蔽双绞线,采用PAM5编码方式,传输距离为100m。

    此标准主要用于同一层建筑的通信,从而可利用标准以太网或快速以太网已铺设的非屏蔽双绞线电缆。

    千兆以太网采用光纤作为上行链路,用于楼宇间的连接,原本被作为一种交换技术设计,之后被广泛应用于服务器的连接和主干网中。如今,千兆以太网已成为主流的网络技术,无论是大型企业还是中小型企业,在组建网络时都会把千兆以太网作为首选高速网络技术。

    4、万兆以太网

    万兆以太网(10 Gigabit Ethernet,10GE)也称为10吉比特以太网,是继千兆以太网之后产生的高速以太网。在千兆以太网的IEEE 802.3Z规范通过后不久,IEEE成立了高速研究组(High Speed Study Group,HssG),该研究组主要致力于10GE的研究。

    10GE并非简单地将千兆以太网的速率提升了10倍,2002年6月,IEEE 802.3ae委员会制定了10GE的正式标准,该标准主要包括以下内容。

    • 兼容8023标准中定义的最小和最大以太网帧长度。

    • 仅支持全双工方式。

    • 使用点对点链路和结构化布线组建星状局域网。

    • 在 MAC/PLS服务接口上实现10Gbs的速度。

    • 定义两种物理层规范,即局域网PHY和广域网PHY。

    • 定义将 MAC/PLS的数据传输速率对应到广域网PHY数据传输速率的适配机制。

    • 定义支持特定物理介质相关接口(PMD)的物理层规范,包括多模光纤和单模光纤以及相应传输距离;支持ISO/C11801第二版中定义的光纤介质类型等。

    • 通过WAN界面子层,10Gbi/s也能被调整为较低的传输速率。

    此外,10Gbis不再使用铜线,只使用光纤作为传输媒介,不再使用 CSMA/CD协议。千兆以太网仍可使用已有的光纤通道技术,但10GE使用新开发的物理层。10GE常用的物理层规范如下。

    • 10G Base-SR:SR表示" Short Reach"(短距离),10GBae-SR仅用于短距离连接,该规范支持编码方式为64B/66B的短波(850mm)多模光纤,有效传输距离为2m~300m。

    • 10G Base-LR:LR表示“Long Reach”(长距离),10 G Base-LR主要用于长距离连接,该规范支持编码方式为64B/66B的长波(1310mm)单模光纤,有效传输距离为2m~10km,最高可达25km。

    • 10 G Base-ER:ER表示“ Extended Reach”(超长距离,10G Base-ER支持超长波(1550nm)单模光纤,有效传输距离为2m~40km。

    5、以太网标准的发展及历史版本

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    备注:

    1、这是最原始的一种格式,是由Xerox PARC提出的3MbpsCSMA/CD以太网标准的封装格式,后来在1980年由DEC,Intel和Xerox标准化形成EthernetV1标准。

    2、这是最常见的一种以太网帧格式,也是今天以太网的事实标准,由DEC,Intel和Xerox在1982年公布其标准,主要更改了EthernetV1的电气特性和物理接口,在帧格式上并无变化;Ethernet V2出现后迅速取代EthernetV1成为以太网事实标准。

    3、BASE表示Ethernet使用的是基带传输;10M/100M/1G/10G/...都是线路速率。

    4、这是1983年Novell发布其划时代的Netware/86网络套件时采用的私有以太网帧格式,该格式以当时尚未正式发布的802.3标准为基础;但是当两年以后IEEE正式发布802.3标准时情况发生了变化—IEEE在802.3帧头中又加入了802.2 LLC(Logical Link Control)头,这使得Novell的RAW 802.3格式跟正式的IEEE 802.3标准互不兼容。

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  • ​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...

    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:

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    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;

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    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”;

    57d252d8dfa48c5596086964e30214d0.png

    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”。

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    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。

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    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:

    68be1e59f6f34a2c46ec960bb2134683.png

    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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  • 以太网帧

    万次阅读 2018-05-20 20:46:59
     以太网帧(Ethernet frame)是符合以太网标准的链路层协议数据单元(PDU),其格式有Ethernet V1、Ethernet V2、RAW 802.3、IEEE 802.3/802.2 LLC和IEEE 802.3/802.2SNAP。现在大多数网络应用都使用Ethernet V2...
  • 关于最小发送间隙和最小长的规定也是为了避免冲突。以太网是不可靠的,这意味着它并不知道对方有没有收到自己发出的数据包,但如果他发出的数据包发生错误,他会进行重传。以太网的错误主要...
  • 以太网最大和最小、MTU

    千次阅读 2016-07-23 14:32:38
    根据rfc894的说明,以太网封装IP数据包的最大长度是1500字节,也就是说以太网最大长应该是以太网首部加上1500,再加上7字节的前导同步码和1字节的开始定界符,具体就是:7字节前导同步码 + 1字节开始定界符 + ...
  • 以太网帧解析

    2021-05-08 10:56:20
    注:本文参考了CSDN博主「OshynSong」的原创文章...以太网帧数据格式: 1.前同步码 前7B都是10101010,最后1B是10101011。 用于将发送方与接收方的时钟进行同步,由网卡适配器接收帧时同步时钟使用,不会在
  • 以太网帧格式

    2019-10-07 22:11:50
    DIX Ethernet II格式
  • 关于pcap截取的网卡数据的分析;一个Demo说明网络协议封分层以及具体截获的包分析说明 一个实际的包数据分析 packet_header ------>包的头部---16字节 --------packet_content start--------- 52 54 00 12 35 ...
  • 为什么以太网最短为64字节

    千次阅读 2017-06-05 20:56:13
     以太网最小长为什么是64字节 最近由于要做一个关于以太网环境中网络设备时延方面的测试,在RFC2544 上面规定了一些测试时数据包的长度分别为64, 128, 256, 512, 1024, 1280, 1518 Byte("Frame sizes to...
  • 1、以太网的最小长 前提条件:10Mbps的传输速率;载波多路复用/冲突检测(CSMA/CD) (1)、CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听...
  • 车载以太网帧结构

    2021-03-09 14:33:59
    一、车载以太网帧结构 以太网帧的格式如下: 以太帧有多种类型,不同类型的帧具有不同的格式和MTU值,但在同种物理媒体上都可同时存在。常见有两种帧格式,第一种是上世纪80年代初提出的DIX v2格式,即Ethernet ...
  • 以太网帧到底有多大?

    千次阅读 2021-06-28 13:56:44
    以太的格式如下所示(图片来源于Wikipedia):通常以太长度指的是从目的地址到冗余校验。在802.3标准里,规定了一个以太的数据部分(Payload)的最大长度是1500个字节,这个数也是你经常在网络设备里看到的MTU。...
  • 1.TCP报文头部没有声明长度的字段,所以理论上说TCP报文...3.以太网帧的最大长度是MTU,为1500字节  (可见,自顶向下,协议栈对长度的限制越来越大) 4.MSS是TCP报文中数据段的最大长度,前面说了可以是
  • 在开始阅读之前,如果你对已介绍的总线技术还不了解的话,可以先阅读以下文章快速温习一下,等补完车载以太网和MOST,汽车总线技术楼主基本分享结束了。说一说LIN总线CAN总线基础(一)CAN总线基础(下)CAN FD 介绍...
  • 在传统以太网中,为什么要有最小帧长度和最大帧长度的限制?   以太网(IEEE 802.3)帧格式: 1、前导码:7字节0x55,一串1、0间隔,用于信号同步 2、帧起始定界符:1字节0xD5(10101011),表示一帧开始 3、DA(目的...
  • 以太网帧结构详解

    万次阅读 多人点赞 2019-07-15 21:52:59
    以太网帧结构详解前言分层模型- OSI分层模型– TCP/IP数据封装终端之间的通信帧格式Ethernet_II 帧格式IEEE802.3 帧格式数据帧传输以太网的MAC地址数据帧的发送和接收单播广播组播发送与接收 前言 20世纪60年代以来...

空空如也

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