CN101090398A - 会话起始协议信令代理内环路的检测 - Google Patents
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Abstract
一种包括环路检测机制(LD)的SIP代理，该环路检测机制包括针对输入信令消息从该输入信令消息的一组参数中计算签名，以及通过将该签名与被插入输入信令消息的特定参数中的值相比较来检测环路，其特征在于，发送装置(EMS)将该签名插入与输入信令消息(me)相对应的输出信令消息(ms)的特定参数中。其适用于IMS型通信结构(“IP多媒体子系统”)。
Description
技术领域
本发明涉及信令通知以在分组通信网络上建立多媒体会议，更具体地，涉及SIP(会话起始协议)协议在这种网络上的使用。
本发明的一个特定应用是在IMS(IP多媒体子系统)型网络结构中，如由3GPP和TiSpan标准组织所定义的，其建议SIP协议作为唯一的信令协议。
背景技术
这个SIP协议在IETF(互联网工程任务组)出版的RFC 3261中被描述。其目的是能够实现以IP(互联网协议)协议栈操作分组通信网络上的多媒体会话的建立和控制(修改，终止等)。其使多媒体会话中的双方能够彼此认证、确定彼此的位置，并且可能能够协商可用于会话本身的传输的媒体类型。
存在具有类似目的的其他协议，例如由ITU(国际电信联盟)建立的MGCP或者H.323，但是SIP协议目前变得占优势，这特别因为3GPP将其选为IMS结构的信令协议。
SIP协议主要识别用在通信网络中的两种类型的单元：“用户代理”和“SIP代理”。用户代理主要是例如微型计算机、SIP电话或个人数字助理(PDA)的终端。
这些终端具有IP(互联网协议)地址，其“物理地”定位和路由消息；并且还具有统一资源标识符(URI)，其是更抽象的标识符并被用于标识终端而与其物理IP地址无关。
如果呼叫的终端知道它想呼叫的终端的IP地址，则可以通过向想呼叫的终端发送对其IP地址的SIP查询来发起会话。然而，一般而言，终端仅相互通过它们的统一资源标识符URI而彼此知道。
第二种类型的网络单元是SIP代理。传统上，SIP消息通过这些SIP代理传送，这些SIP代理服务器具有在IP地址和统一资源标识符URI两者之间建立关联的主要任务。因此，发送终端发送消息至被叫终端的URI，并且能访问IP和URI地址之间的关联的SIP代理能够路由消息至被叫终端。
SIP代理服务器的另一个任务是基于应用服务器的呼叫。这些应用可以是非常不同的类型。实例包括货品计价(invoicing)应用、呼叫控制应用(过滤、呼叫转发、语音信箱等)、游戏、能够引起几个协议之间的交互的会聚应用等。
图1示出了典型的IMS(互联网多媒体子系统)型结构，其包括两个网络N1和N2。终端A连接至第一网络，终端B连接至第二网络。
终端A和B分别通过SIP代理P-CSCF1和P-CSCF2连至它们的相应的网络。SIP代理P-CSCF“代理-呼叫会话控制功能”的主要任务是提供输入点给终端。
两个网络N1和N2还分别包括SIP代理I-CSCF1和I-CSCF2“查询-呼叫会话控制功能”，其目的是提供接口给其他通信网络，并且SIP代理S-CSCF1和S-CSCF2“服务-呼叫会话控制功能”分别利用一个或几个应用服务器AP2连接电信网络，应用服务器AP2包括如上文提及的不同类型的服务。
SIP查询由终端A发送，以便与终端B建立会话。该SIP查询是包括终端B的统一资源标识符URI的“客户”查询。该查询被传送至功能代理P-CSCF1，它是终端A的唯一已知输入点。终端A确定终端B不在通信网络N1中，并且因此发送查询至I-CSCF1功能代理，其本身又发送该查询至通信网络N2中的另一个I-CSCF2。通信网络N2传送SIP查询至功能代理S-CSCF2，以便为终端B提供的服务(如果有的话)能够被实现(支付、过滤、呼叫转发等)。
对于每个所提供的服务，修改的SIP查询被传送至应用服务器AP2。在图1的实例中，三个查询m1、m2、m3被传送，这产生了三个来自应用服务器的响应r1、r2、r3。
特别由于能连接的终端和可用服务的数量的增长，通信网络趋于变得更加复杂，并且因此更多的SIP信令变得必要并更难以控制。
在一些情况下，SIP消息可以不被修改地通过同一SIP代理几次。识别该现象是重要的，该现象通常称为螺旋线中“环路”。在螺旋线中，SIP消息也通过同一代理几次，但是其在每次通过期间都被修改。因此，图1所示的情况是其中SIP消息m1、m2、m3，r1、r2、r3在SIP代理S-CSCF2和应用服务器AP2之间被交换，并且应用服务器AP2是常规的螺旋线情形。
所述螺旋线是SIP信令的正常行为，但是环路是异常现象。
RFC 3261中的第6节“定义”包括这些环路和螺旋线现象的定义。
上文提及的RFC 3261允许由小节16.3和16.6中的SIP代理使用环路检测装置。
所描述的原理概略地显示在图2中。
SIP代理包括：接收装置RCP，用于输入的信令消息“me”；处理装置TRT，用于从所述输入的信令消息“me”中生成输出的信令消息“ms”，可以修改它们的一些参数；以及，发送装置EMS，用于重新发送输出的信令消息(ms)至通信网络。
通过在接收装置中包括两个模块SR和SE用于分别针对输入消息(me)和输出消息(ms)计算一组参数组的签名(signature)，来检测环路。
在模块SR的输出处，接收装置包括模块CMP，用于将签名计算的结果与被插入输入消息的特定参数中的值进行比较。
如果所计算的签名与该值相等，则同一消息已经被接收并且发生环路(而不是螺旋线)。输入的消息因而会被破坏并且环路检测错误消息被发送至发送方。
否则，输入的消息被处理装置用已知的方式处理，并被转换成输出消息，该输出消息在正常行为期间必须就一个或几个参数的值而不同于输入消息。因此，由消息携带的限定路径的参数通常必须被修改。
SE模块基于这些被修改的参数计算新的签名，并且插入模块INS将该签名插入特定参数中。
因此，由于缺乏信令消息参数的变化(特别是涉及要采用的路径的参数)而检测到环路。
然而，IETF RFC将该机制作为可选项。由于在机器资源方面非常昂贵，因此似乎从来没有被实现过。
RFC 3261建议的环路检测机制的主要缺点在于，它要求模块SR和SE中的两次签名计算。这些签名计算是复杂的操作。由于SIP协议是文本协议，因此它们需要处理长字符串，这在针对SIP代理的机器资源方面是昂贵的。
必须使用另一个简单得多的机制，该机制包括每当使用SIP代理时减小“最大转发”计数器，以及认为一旦该计数器被减小至零，消息就必须形成环路并且中断其重传。该机制也在RFC 3261中被描述。
但是最近已经注意到，限制SIP信令中的环路是非常重要的，并且迭代计数器机制是非常不适当的。
于2006年3月出版并且可在IETF互联网网站上获取的draft-ietf-sip-fork-loop-fix-01.txt文件介绍了这样一种情况，在该情况中，恶意的人可以容易地阻塞通信网络。通过以特定的配置利用两个SIP代理记录两个终端，每个寻址至这些终端的消息将被SIP代理复制并转发至其他SIP代理。该转发和复制过程引起仅受限于“最大转发”计数器的组合激增。传统地，该计数器被固定为等于80的值，这在正常行为期间SIP消息可接受的SIP代理的数量和在异常的环路行为期间所发生的情况之间提供了良好的折衷。
利用该量级的值，最后的结果是总数为270个SIP消息，其会在几个小时内阻塞通信网络。
除了该极端的但可能的恶意攻击情况，该文件描述了基于SIP协议的结构的弱点。
因此，最重要的是在SIP代理中建立环路检测机制。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有需要较少机器资源这一优点的环路检测机制。
更确切地，本发明的第一目的是一种SIP代理，包括：
-用于接收符合SIP协议并且源自通信网络的输入信令消息的装置，
-用于从这些输入信令消息中提供输出信令消息的处理装置，有可能修改它们的一些参数，以及
-用于发送输出信令消息到通信网络上的发送装置，该通信网络包括环路检测机制，该环路检测机制包括针对输入信令消息从该消息的一组参数中计算签名，以及通过将该签名与插入所述输入信令消息的特定参数中的值相比较来检测环路。
由于所述发送装置将所述签名插入与所述输入信令消息对应的输出信令消息的特定参数中，因此根据本发明的SIP代理是创新的。
因此，在所述接收装置内部，单个签名计算是由所述SIP代理所执行的。
这代表环路检测中所涉及的大部分额外成本，根据本发明的机制因而对该额外成本减少了一半。
于是，可以通过就常规SIP信令业务量而最小化额外成本，来实现环路检测机制。
本发明的第二目的是符合IMS标准的通信结构，该通信结构包括多个P-CSCF、I-CSCF以及S-CSCF型的SIP代理，其中至少一个SIP代理符合上述本发明的第一目的。
本发明的第三目的是一种用于在通信网络中的一组SIP代理内传送特别符合SIP协议的信令消息的过程，每个SIP代理通过所述通信网络，该过程包括：
-接收输入信令消息；
-从所述输入信令消息中提供输出信令消息，有可能修改其一些参数；以及
-发送所述输出信令消息。
使用环路检测机制，该机制包括从所述输入信令消息的一组参数中计算签名，以及通过将该签名与被插入所述输入信令消息的特定参数中的值相比较来检测环路。
根据本发明的方法的特征在于，所述签名被插入与所述输入信令消息对应的输出信令消息的特定参数中。
附图说明
通过阅读下面参考附图的描述，本发明及其优点将更加明显。
上文已说明的图1示出了IMS型网络结构；
上文也已说明的图2概略地示出了根据IETF RFC 3261中描述的现有技术的SIP代理内的用于环路检测的数据流；
图3概略地示出可以用于根据本发明的SIP代理的数据流和功能结构；
图4示出了利用根据本发明的SIP代理的环路检测实例。
具体实施方式
以已知的方式，SIP代理可以在功能上分为接收装置RCP、处理装置TRT以及发送装置EMS。
接收装置是RCP，其通过SIP代理的输入接口接收源自通信网络的信令消息“me”。
这些信令消息“me”符合当前由IETF RFC 3261和丰富该基本协议的扩展所定义的SIP协议。SIP协议的扩展实例包括RFC 3265“SessionInitiation Protocol(SIP)-Specific Event Notification”，以及RFC 3262“Reliability of Provisional Responses in the Session Initiation Protocol(SIP)”。
接收装置RCP包括模块SR，用于从输入一组信令消息参数中计算签名。
该组参数由RFC 3261提供。它包括：
-“From”和“To”参数的标记，其标识了发送方的逻辑名称和信令消息的目的地。
-“Call ID”参数，其标识双方间的会话。
-“Route”参数，其给出路由消息至其最终目的地所遵循的路径。
-“Query URI”参数，其给出目的地的统一资源标识符URI。如果不存在“Route”参数，则在每一跳用与下一个要到达的SIP代理相对应的值修改该参数，以实现路由，并且该消息逐渐移近其最终目的地。
-CSeq参数，其指示会话中信令消息的编号。
-“Proxy require”和“proxy authorization”参数，其分别用于在两个SIP代理之间，或者在SIP代理和应用服务器之间协商服务和认证。
-列表中最后的“Via”参数，其包括关于之前的SIP代理的信息。
这里不再进一步描述这些参数，但是本领域技术人员能够参考RFC3261或任何其他关于SIP协议的文件来更好地理解该内容以及这些不同参数的使用。
然而，“Via”参数值得更详细地研究。每个SIP代理添加新的“Via”参数和单一的(“branch”)标识符，所述“Via”参数至少包括SIP代理期望在其上接收响应的地址，所述单一的标识符用于将响应与所发送消息相关联。该唯一的标识符部分上被随机生成。
因此，信令消息包括“Via”参数列表。该列表中的最后一个对应于信令消息所通过的最后一个SIP代理。
SIP信令消息的实例(或者SIP信令消息的开始部分)如下给出：
INVITE sip:bob@biloxi.example.com SIP/2.0
Via:SIP/2.0/TCP ss1.atlanta.example.com:5060；branch＝z9hG4bK2d4790.1
Via:SIP/2.0/TCP client.atlanta.example.com:5060；branch＝z9hG4bK74bf9；received＝192.0.2.101
Max-Forwards:69
Record-Route:<sip:ss1.atlanta.example.com；lr>
From:Alice<sip:alice@atlanta.example.com>；tag＝9fxced76sl
To:Bob<sip:bob@biloxi.example.com>
Call-ID:3848276298220188511@atlanta.example.com
Cseq:2 INVITE
Contact:<sip:alice@client.atlanta.example.com；transport＝tcp>
根据RFC 3261，列表中的最后一个“Via”参数必须被整个采用。但是更详细的研究表明唯一标识符必须从要考虑的一组参数中被提取；由于该标识符部分上是被随机生成的，因此每次都是不同的。仅用“branch”参数的值所修改的消息处于环路情况中。因此，RFC 3261所提出的算法是不能检测环路的，并且必须被修改。
根据本发明的一个实施例，除了该单一随机标识符，要考虑的所有参数包括列表中的最后一个“Via”参数。
而且，该组参数应当优选地包括上文提及的参数组，但是如果其影响网络内SIP消息的路由，则仍可以将由SIP协议扩展所定义的任何其他参数添加至该列表。
自该申请的优先权日起更近期的工作，已经描述了要考虑用以计算签名的列表。目前，在当前成为RFC(请求注释)的IETF草案“draft-ietf-sip-fork-loop-fix-04.txt”中介绍了该工作。
该文件使得利用签名计算建立环路检测机制成为必要，并且因此使得上文描述的问题更加重要。
因此，根据本发明的一个实施例，所有参数均符合“draft-ietf-sip-fork-loop-fix-04.txt”(并且符合后续的RFC)。
于是签名从该组参数中被计算。签名是代表该组参数的缩减的数据。对于一组同样的组，签名总是相同的，以便研究该签名的值足以得出关于所有参数的变化的结论。
典型地，该计算符合标题为“MD5-Message Digest Algorithm 5”的IETF RFC 1321。于是，该签名是代表所有所考虑参数的十六进制字符串。
于是，该CMP模块的目的是将该签名与被插入输入信令消息“me”的特定参数中的值的列表进行比较。
该特定的参数可以是“Via”参数的“branch”参数，并且所述值可以被插入该参数中明确定义的位置，例如，跟随上文提及的标识符并且通过破折号与其分隔。
如果这两个值是相等的，则由于输入信令消息“me”最后被SIP代理处理而没有被修改。由于所考虑的参数组包括消息的功能目的单元的地址，这因而意味着最终的处理已经被同一SIP代理完成，该同一SIP代理是作为现在正再次处理该消息的当前代理。因此，现在处于环路中。
于是，输入信令消息“me”会被破坏，并且差错消息会被发送至发送方。例如，其可以是482类型(“环路检测的”)的差错消息。
如果签名和被插入输入信令消息“me”的特定参数中的值是不同的，则没有处于环路中，并且该输入信令消息被发送至处理装置TRT。同时，签名被存储在BUF存储器中。
由处理模块TRT所进行的处理符合RFC 3261中给出的现有技术和信息。
输入信令消息通常被修改以给出输出信令消息ms。修改处理与信令消息的路由有关的参数：如已在上文看到的，SIP协议的内在机制包括在每一跳修改一些参数以便向其最终目的地路由信令消息。
因此，改变参数组的失败可被视为异常环路行为。
然后，输出信令消息(ms)被传送至发送装置EMS。这些发送装置主要包括插入模块INS，该插入模块用于将存储在BUF存储器中的签名插入与用于计算签名的输入信令消息相对应的输出信令消息的特定参数中。
所述特定参数以及该特定参数内的准确位置与用于由比较模块CMP进行比较的那些相同。
与RFC 3261中介绍的现有技术相比，单一签名计算由SIP代理执行。这由于作为输入的计算用于作为输出的插入而是可行的。
本领域技术人员应当认识到，插入输出信令消息ms中的签名和所考虑的参数组的值不一致。因此，在本发明之前不能提供期望的结果。
然而，图4中提供的实例可以给出根据本发明的SIP代理的操作的更多细节。信令消息利用参数组P1进入SIP代理SP。SIP代理SP基于该组参数P1计算签名S[P1]，然后将参数修改为第二组参数P2，最后发送包括参数组P2和签名S[P1]的输出信令消息。
然后，该信令消息被直接地或通过(未示出的)其他SIP代理而被传送至同一SIP代理SP。
然后计算新的签名S[P2]，并且SIP代理将该签名S[P2]与包含在输入消息的特定参数中的签名S[P1]相比较。由于这些签名是不同的，因此没有检测到环路，而符合RFC 3261中描述的机制的SIP代理会检测到它。
因此，消息被传送至所述处理装置。但由于正处于环路情况中，因此不是所有的参数P2都被修改，并且因此输出信令消息包括具有在输入处所计算的签名S[P2]的相同的参数组P2。
当该消息再次被输入时，SIP代理因而检测到基于信令消息的所有参数P2所计算的签名与其包括的签名是相同的。它检测到环路并且可以中断消息的处理。
它因而可以发送环路检测差错消息，该消息沿着所述信令消息所遵循的路径而返回。
因此，最后，根据本发明的SIP代理可以检测环路。产生了附加的环路，但是与由于单一签名计算而增加的计算资源相比，该附加环路以及其所代表的非必要信令业务量的成本被认为不是非常重要。
根据本发明的一个特定实施例，通过将标记插入输出消息中并且在输入信令消息中不存在标识符标记的情况下不进行任何签名计算，附加的优化是可能的。
例如，该机制在关于IETF“draft-campen-sipping-stack-loop-detect-00.txt”草案的讨论中被描述。
它是基于这样的概念：如果消息不包括其标记，则它从未经过SIP代理并且因而没有处于环路中。
根据本发明，该标记必须是代表SIP代理的标记，并且必须在通信网络中单意地代表它。因此，在SIP代理属于公共网络的情况下，它必须是遍及该整个公共网络的单意标记。因此，它必须遍及世界而是唯一的。
因此，接收包括标记的消息的单元能够明确地确定该消息是否已经过它。
例如，所述标记可以基于SIP代理的物理地址。例如，它可以是SIP代理的MAC“媒体访问控制”地址。存在几种类型的MAC地址并且它们可以被使用，特别是由IEEE(电气和电子工程师协会)定义的MAC-48、EUI-48以及EUI-64。
所述标记也可以基于SIP代理的IP地址。
所述标记可以完全等于该物理地址(MAC或IP或者其他)，或者可以利用其他参数而包括它，或者可以根据保持其单意特性的转换而获得的物理地址来导出。
所述标记也可以从专用命名服务器获得，该命名服务器的任务是分配单意标识符给所有的SIP代理。
该标记可以被插入信令消息中的不同位置。
根据第一实施例，所述标记被插入(输入的和输出的)信令消息的标准且唯一的位置中。它可以是SIP协议的以IETF而被标准化的指定报头。然而，这种实现要求所有现有通信终端必须被修改以使它们符合该新的标准并且能够中断所接收的信令消息并且自己生成信令消息。
因此，本发明提出了第二实施例，其仍符合当前的SIP协议标准并不必修改所安装的终端。
例如，所述标记可以像签名那样被插入信令消息的特定参数中，该特定参数可以是“branch”参数。
典型地，这是每个输出信令消息的(时序上)最后一个“Via”报头的“branch”参数。
在一些情况下，一些“代理”信令单元还修改“记录路由(RecordRoute)”报头，并且通信网络中响应消息的路由是基于这些“记录路由”报头的。在这些情况下，所述标记也可以被插入每个输出信令消息中记录路由报头的参数中。
SIP终端单元使用“记录路由”报头以通过在前向路径上进行查询的节点来路由后续消息。
在“B2BUA”(“back-to-back User Agent”，背靠背用户代理)型信令单元的情况下，当其采取服务器(UAS，“用户代理服务器”)的角色时，所述标记可以被插入“To”报头中，当其采取客户端(UAC，“用户代理客户端”)的角色时，所述标记可以被插入“From”报头中。
也可以由以IMS结构中的S-CSCF代理为任务的信令代理将所述标记包含在“服务路由(Service Route)”报头中。该“服务路由”报头在2003年10月出版的标题为“Session Initiation Protocol(SIP)Extension HeaderField for Service Route Discovery During Registration”的IETF RFC 3608中被定义。
在所有这些情况中，所述标记可以通过使用分隔符(遵循SIP协议语法的“；”)而被插入，并且可以通过指定关键字(例如字符串“marker＝”)而被引入。它也可以在不使用关键字的情况下被插入。
应该指出，包括插入和检验标记存在的这个附加优化，也可以适用于如RFC 3261中所指出的进行两次签名计算这一情况。
在一个变形中，也可以在RCP接收装置内系统地进行签名计算，但是仅在输入消息“me”不包括SIP代理标识标记这一情况下才触发比较。
Claims (19)
1.一种会话起始协议代理，包括：接收装置(RCP)，用于符合会话起始协议的源自通信网络(N)的输入信令消息“me”，处理装置(TRT)，用于从所述输入信令消息中提供输出信令消息(ms)，有可能修改所述输入信令消息的一些参数，以及发送装置(EMS)，用于发送所述输出信令消息(ms)到所述通信网络(N)上，所述接收装置包括环路检测机制，该环路检测机制包括针对输入信令消息从所述输入信令消息的一组参数中计算签名，以及通过将所述签名与被插入所述输入信令消息的特定参数中的值相比较来检测环路，其特征在于，所述发送装置(EMS)将所述签名插入与所述输入信令消息(me)相对应的输出信令消息(ms)的所述特定参数中。
2.根据前一权利要求的代理，其中，所述特定参数是“branch”参数，并且所述签名是字母数字式的字符串。
3.根据前述权利要求之一的代理，其中，所述参数组包括除单个随机标识符以外的“Via”参数。
4.根据权利要求3的代理，其中，所述参数组至少包括“From”、“To”、“Call Id”、“Route”、“Via”、“Query URI”、“Proxy Authorization”、“Proxy require”、“CSeq”。
5.根据权利要求1或2的代理，其中，所述参数组符合“draf-ietf-sip-fork-loop-fix-04.txt”。
6.根据前述权利要求之一的代理，其中，所述签名是通过例如破折号的分隔符而与所述“branch”参数的其他值分隔开的。
7.根据前述权利要求之一的代理，其还具有用于将代表该代理并单意地标识该代理的标记插入所述输出消息中的装置，以及用于在输入信令消息内不存在标识所述代理的标记的情况下不进行对所述输入信令消息的计算的装置。
8.根据前一权利要求的代理，其中，所述标记是基于所述代理的物理地址的。
9.根据权利要求7的代理，其中，所述标记是从命名服务器获得的。
10.一种符合IP多媒体子系统标准的通信结构，包括多个P-CSCF、I-CSCF以及S-CSCF型的会话起始协议代理，其特征在于，所述代理中的至少一个符合权利要求1至9之一。
11.一种用于在通信网络中的一组代理内发送特别符合会话起始协议的信令消息的方法，其中每个通过的代理接收输入信令消息、从所述输入信令消息中提供输出信令消息并且有可能修改所述输入信令消息中的一些参数，以及发送所述输出信令消息，在该方法中使用环路检测机制，该环路检测机制包括从所述输入信令消息的一组参数中计算签名，以及通过将所述签名与被插入所述输入信令消息的特定参数中的值相比较来检测环路，其特征在于，所述签名被插入与所述输入信令消息相对应的输出信令消息的所述特定参数中。
12.根据前一权利要求的方法，其中，所述特定参数是“branch”参数，并且所述签名是字母数字式的字符串。
13.根据权利要求11或12的方法，其中，所述参数组包括除单个随机标识符以外的“Via”参数。
14.根据前一权利要求的方法，其中，所述参数组至少包括“From”、“To”、“Call Id”、“Route”、“Via”、“Query URI”、“ProxyAuthorization”、“Proxy require”、“CSeq”。
15.根据权利要求11或12的方法，其中，所述参数组符合“draf-ietf-sip-fork-loop-fix-04.txt”。
16.根据权利要求13至15之一的方法，其中，所述签名是用分隔符或破折号与所述“branch”参数的其他值分隔开的。
17.根据权利要求11至16之一的方法，其中，代表所述代理并单意地标识该代理的标记被插入所述输出消息中，以及在所述输入信令消息内不存在标识所述代理的标记的情况下不进行对所述输入信令消息的签名计算。
18.根据前一权利要求的方法，其中，所述标记是基于所述代理的物理地址的。
19.根据权利要求17的方法，其中，所述标记是从命名服务器获得的。
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