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Zarlink Semiconductor Inc.
Zarlink, ZL and the Zarlink Semiconductor logo are trademarks of Zarlink Semiconductor Inc.
Copyright 2003, Zarlink Semiconductor Inc. All Rights Reserved.
Features
12 10/100Mbps Autosensing, Fast Ethernet ports
with Reduced MII Interface
32-bit wide bi-directional pipe at 100Mhz provides
6.4Gbps pipe to connect two MDS212 chips
Supports up to 3.572 Mpps system throughput
using non-blocking architecture
High performance Layer 2 packet forwarding and
filtering at full wire speed.
Very low latency through single store and forward
at ingress port and cut-through switching at
destination ports
Port Trunking and Load Sharing for high
bandwidth links between switches
On-chip address lookup engine and memory for
up to 2K MAC addresses
up to 64K using management CPU memory
Supports up to 4k MAC addresses with 24 ports
(2-chip solution)
Up to 16K using external buffer memory
Parallel Flash interface for fast self initialization
Supports packet filtering and port security
System wide filtering
Static MAC destination and source address
filtering
VLAN for multicast/broadcast filtering
Protocol filtering
Local port filtering
Aging control for secure MAC addresses
Provides 256-port and ID Tagged Virtual LANs
(VLANs) 802.1Q
ID Tagging Insertion/Extraction
Supports IP Multicasting through IGMP Snooping
XpressFlow Quality of Service (QoS), IEEE
802.1p, supports 4 Level transmission priorities,
weighted fair queuing based packet scheduling,
user mapping of priority levels and weights
Full duplex Ethernet IEEE 803.2x flow control
minimizes traffic congestion
Supports back-pressure flow control for half
duplex mode
Flooding and Broadcasting control
Link status and TX/RX activity through serial LED
interface
Standard software modules available:
Browser, GUI, and text menu
IEEE 802.1d Spanning Tree Algorithm
SNMP management
Telnet for remote control console
Automatic Booting via TFTP Protocols.
Remote Monitoring (RMON) and storage for a
management agent
IGMP for IP multicast
GVRP, GMRP
Packaged in 456-Pin Ball Grid Array
October 2003
Ordering Information
MDS212CG
456 Pin HSBGA
0
C to 70C
MDS212
12-Port 10/100Mbps
Ethernet Switch
Data Sheet
Figure 1 - 24 10/100Mbps Port System Configuration
SDRAM
CPU
Flash
SRAM
SRAM
MDS212
CPU Bus
64 bit
64 bit
12
XPipe 32 bit
MDS212
12
4 x 10/100
Fast Ethernet
4 x 10/100
Fast Ethernet
4 x 10/100
Fast Ethernet
4 x 10/100
Fast Ethernet
4 x 10/100
Fast Ethernet
4 x 10/100
Fast Ethernet
MDS212
Data Sheet
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Zarlink Semiconductor Inc.
Description
The MDS212 is a 12-port 10/100Mbps high-performance, non-blocking Ethernet switch with on-chip address
memory and address lookup engine. A single chip provides 12 - 10/100Mbps ports. The MDS212 can be utilized in
both managed and unmanaged switching applications.
The 3.2 Gbps XPipe allows a high-speed connection between two MDS212 chips, providing a optimal, low-cost,
workgroup witch with 24 10/100 Fast Ethernet ports.
In half-duplex mode, all ports support back pressure flow control to minimize the risk of losing data for long activity
bursts. In full-duplex mode, IEEE 802.3x frame based flow control is used. With full-duplex capabilities, the Fast
Ethernet ports supports 200Mbps aggregate bandwidth connections.
The MDS212 supports port trunking/load sharing on the 10/100Mbps ports. Port trunking/load sharing can be used
to group ports between interlinked switches for increased system bandwidth. Ports within a trunk must reside within
a single MDS212, such that trunks may not be configured across two switches.
The on-chip address lookup engine supports up to 2K MAC addresses and up to 256 IEEE 802.1Q Virtual LANs
(VLAN). Each port may be programmed to recognize VLANs, and will transmit frames along with their VLAN Tags,
for interoperability, to systems that support VLAN Tagging.
Each port independently collects statistical information using SNMP and the Remote Monitoring Management
Information Base (RMON MIB). Access to these statistical counter/registers are provided via the CPU interface.
SNMP Management frames may be received and/or transmitted via the CPU interface and thus creates a complete
network management solution.
The MDS212 utilizes cost effective, high performance, pipelined SBRAM to achieve full wire speed on all ports
simultaneously. Data is buffered into memory, using 0-128 byte bursts, from the ingress ports, and transferred to an
internal transmit FIFO, before being sent from the frame memory to the egress output ports. Extremely high
memory bandwidth is therefore achieved, which allows each of the ports to be active without creating a memory
bottleneck.
The MDS212 is fabricated with 2.5 V technology, where the inputs are 3.3V tolerant and the outputs are capable of
directly interfacing to Low-Voltage TTL levels. The MDS212 is packaged in a 456-pin Ball Grid Array.
MDS212
Data Sheet
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Zarlink Semiconductor Inc.
Figure 2 - System Block Diagram
Note:
All registers are 32-bit width.
The Control Bus is 32-bits wide and the Memory Bus is 64-bits wide.
The MDS212 contains 12 Fast Ethernet Ports.
The LED interface has 3 output signals (1 data and 2 control).
The XPipe is 32-bits wide.
CPU Interface
Registers
HISC
TM
Switch
Control
Memory
2k SRAM
Search Engine
Frame
Memory
Interface
Frame
Buffer
Memory
Frame Engine
Twelve
10/100MACs
Reduced
Xpipe
Engine
RMII
LED Xface
64
32
32
32
64
64
64
64
64
64
32
64
64
3.2Gbps
XpressFlow
TM
Pipe
32
SBRAM
MDS212
Data Sheet
Table of Contents
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Zarlink Semiconductor Inc.
1.0 Ball-signal Description and Assignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1 Ball-Signal Assignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.0 Ball-signal Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.0 The Media Access Control (MAC). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1 MAC Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 The Inter-Frame Gap. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3 Ethernet Frame Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.4 Collission Handling and Avoidance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.5 Auto-negotiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.6 VLAN Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.7 MAC Control Frames. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.8 Flow Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.9 Collision-based Flow Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.9.1 IEEE 802.3x Flow Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.0 Frame Engine Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.1 Transmission Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2 Buffer Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.0 Frame Buffer Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5.1 Frame Buffer Memory Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5.2 Frame Buffer Memory Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.2.1 Memory Allocation Of A Managed System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.2.1.1 Frame Data Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.2.1.2 Transmission Queues. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.2.1.3 Mailing List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.2.1.4 VLAN Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.2.1.5 VLAN MAC Association Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.2.2 Unmanaged System Memory Allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.3 The Frame Memory Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.3.1 Local Memory Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
6.0 Search Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
6.1 Layer 2 Search Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.1.1 VLAN Unaware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.1.2 VLAN Aware. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.2 Address and VLAN Learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.3 Flooding and Packet Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6.4 Packet Filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6.5 Address Aging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6.6 IP Multicast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.0 The High Density Instruction Set Computer (HISC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
7.1 Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
7.2 HISC Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
7.3 HISC Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
7.3.1 Resource Initialization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.3.2 Resource Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.3.3 Switching Database Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.3.4 Send And Receive Frames For Management CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.4 Communication Between HISC and Switching Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.4.1 Communication Between Search Engine And HISC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.4.2 Communication Between HISC and Frame Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.5 Communication Between Management CPU and HISC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
7.5.1 CPU-HISC Communication Using Queues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
MDS212
Data Sheet
Table of Contents
5
Zarlink Semiconductor Inc.
7.5.2 Mailbox. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
7.5.2.1 CPU-HISC Mail. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
7.5.2.2 HISC-CPU Mail. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8.0 The XPipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
8.1 XPIPE Connection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
8.2 XPipe Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
9.0 Physical Layer (Phy) Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
9.1 Reduced MII (RMII) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
10.0 The Control Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
10.1 External CPU Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
10.1.1 Power On/Reset Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
10.1.2 CPU Bus Clock Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
10.1.3 Address And Data Buses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
10.1.4 Bus Master . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
10.1.5 Input/output Mapped Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
10.1.6 Interrupt Request . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
10.2 Control Bus Cycle Waveforms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
10.3 The CPU Interface in Unmanaged Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
10.3.1 Arbiter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
10.4 CPU Interface In Managed Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
10.4.1 CPU Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
11.0 The LED Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
11.1 LED Interface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
11.1.1 Function Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
11.1.2 Port Status . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
11.1.3 LED Interface Time Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
12.0 Data Forwarding Protocol and Data Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
12.1 Data Forwarding Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
12.1.1 Frame Reception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
12.1.2 Unicast Frame Forwarding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
12.1.3 Multicast Frame Forwarding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
12.2 Flow For Data Frame. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
12.2.1 Unicast Data Frame To Local Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
12.2.2 Unicast Data Frame To Remote Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
12.2.3 Multicast Data Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
12.3 Flow For CPU Control Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
12.3.1 CPU Transmitting Unicast CPU Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
12.3.2 CPU Transmitting Multicast CPU Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
12.3.3 CPU Receiving Unicast Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
12.3.4 CPU Receiving Multicast Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
13.0 Port Mirroring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
13.1 Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
13.1.1 Physical Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
13.1.2 Setting Register For Port Mirroring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
13.1.2.1 APMR- Port Mirroring Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
14.0 Virtual Local Area Networks (VLAN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
14.2 VLAN Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
14.2.1 Static Definitions Of VLAN Membership . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
14.2.2 Dynamic Learning Of VLAN Membership . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
14.2.3 Dynamic Learning Of Remote VLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
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