CN101141372A - 接入设备中用于管理路由信息和数据转发的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在通信网络的接入设备中利用接入响应消息来创建路由的方法,以实现基于目的IP子网进行业务区分并转发,使不同的业务在接入设备上进行分流。这样在实现基于三层区分业务的前提下,降低了对接入设备的要求,不要求用户侧二层网络运行路由协议,减少了管理员的维护工作,是实现即插即用的重要条件,并且降低了对边缘路由器的要求。
Description
技术领域
本发明涉及通信网络,尤其涉及通信网络的接入网。
背景技术
目前,电信运营商对二层接入设备的要求越来越高,需要二层设备基于三层信息进行业务区分,使得不同的业务如音频、视频和因特网等在诸如数字用户线路接入复用器(DSLAM)的接入设备上就进行分流,经过各种业务对应的网关接入相应的业务网络。具体而言,运营商通常会事先对业务网络进行规划,不同的业务供应商会拥有不同的IP地址。这样,接入设备可以基于目的IP子网进行业务区分并转发,但是一般接入设备只是二层设备,并不作为用户的网关,在三层上这些接入设备对用户透明的。并且,它们没有专属的IP地址用于数据转发,网络侧相应也就只能创建无编号IP(Unnumbered IP)接口以适应此种需求。这也是节约越来越紧张的IPv4地址提出的要求。
目前已有侦听路由协议报文来创建路由表的方法,但是通常运营商不会在用户侧端口上使能路由协议,基于链路状态的路由协议(诸如开放最短路径优先协议,Open Shortest Path First)通常要求对端拥有三层地址,这是不能满足的;基于距离向量的路由协议(诸如选路信息协议,Routing Information Protocol),虽然可用,可是对运营商路由协议的选择提出了限制,且在用户端网络运行路由协议增加了网络复杂性和二层网络负载,对二层设备提出了更高的要求,需要支持路由协议。
一般说来,二层设备很难获得三层的路由信息。静态配置每个这样的接入设备,不仅工作量非常大,而且丧失了二层设备即插即用(plug&play)的优点。这个问题由此成为了比较尖锐的问题。
本发明就是提出了一种利用终端接入网络时,服务器产生的接入响应消息来在二层设备上创建路由,用于基于目的IP子网进行业务区分并转发的方法和装置。这里的接入响应消息是指动态主机分配协议(Dynamic Host Configuration Protocol,DHCP)响应消息。下面将对动态主机分配协议进行简单的介绍。
动态主机分配协议:
DHCP分为两个部分:一个是服务器端,而另一个是客户端。所有的IP网络设定资料都由DHCP服务器集中管理,并负责处理客户端的DHCP要求;而客户端则会使用从服务器分配下来的IP环境资料。
1.DHCP的分配形式
首先,必须至少有一台DHCP服务器工作在网络上面,它会监听网络的DHCP请求,并与客户端磋商TCP/IP的设定环境。它提供两种IP定位方式:自动分配,其情形是:一旦DHCP客户端第一次成功的从DHCP服务器端租用到IP地址之后,就永远使用这个地址。
动态分配,当DHCP第一次从DHCP服务器端租用到IP地址之后,并非永久的使用该地址,只要租约到期,客户端就得释放(release)这个IP地址,以给其它工作站使用。当然,客户端可以比其它主机更优先的延续(renew)租约,或是租用其它的IP地址。
2.DHCP的工作原理
视乎客户端是否第一次登录网络,DHCP的工作形式会有所不同。下面参照图1对客户机第一次登录网络时DHCP工作的情形进行详细说明。
第一次登录的时候:
1)寻找Server。当DHCP客户端第一次登录网路的时候,也就是客户发现本机上没有任何IP资料设定,它会向网络发出一个DHCPDISCOVER封包。因为客户端还不知道自己属于哪一个网络,所以封包的来源地址会为0.0.0.0,而目的地址则为255.255.255.255,然后再附上DHCPDISCOVER的信息,向网络进行广播。
在Windows的预设情形下,DHCPDISCOVER的等待时间预设为1秒,也就是当客户端将第一个DHCPDISCOVER封包送出去之后,在1秒之内没有得到回应的话,就会进行第二次DHCPDISCOVER广播。若一直得不到回应的情况下,客户端一共会有四次DHCPDISCOVER广播(包括第一次在内),除了第一次会等待1秒之外,其余三次的等待时间分别是9、13、16秒。如果都没有得到DHCP服务器的回应,客户端则会显示错误信息,宣告DHCPDISCOVER的失败。之后,基于使用者的选择,系统会继续在5分钟之后再重复一次DHCPDISCOVER的过程。
2)提供IP租用地址。当DHCP服务器监听到客户端发出的DHCPDISCOVER广播后,它会从那些还没有租出的地址范围内,选择最前面的空置IP,连同其它TCP/IP设定,回应给客户端一个DHCPOFFER封包。
由于客户端在开始的时候还没有IP地址,所以在其DHCPDISCOVER封包内会带有其MAC地址信息,并且有一个XID编号来辨别该封包,DHCP服务器回应的DHCPOFFER封包则会根据这些资料传递给要求租约的客户。根据服务器端的设定,DHCPOFFER封包会包含一个租约期限的信息。
3)接受IP租约。如果客户端收到网络上多台DHCP服务器的回应,只会挑选其中一个DHCPOFFER而已(通常是最先抵达的那个),并且会向网络发送一个DHCPREQUEST广播封包,告诉所有DHCP服务器它将指定接受哪一台服务器提供的IP地址。
同时,客户端还会向网络发送一个ARP封包,查询网络上面有没有其它机器使用该IP地址;如果发现该IP已经被占用,客户端则会送出一个DHCPDECLINE封包给DHCP服务器,拒绝接受其DHCPOFFER,并重新发送DHCPDISCOVER信息。
4)租约确认。当DHCP服务器接收到客户端的DHCPREQUEST之后,会向客户端发出一个DHCPACK回应,以确认IP租约的正式生效,也就结束了一个完整的DHCP工作过程。
发明内容
本发明的目的是提供一种在通信网络的接入设备中利用接入响应消息来创建路由的方法,以实现基于目的IP子网进行业务区分并转发,使不同的业务在接入设备上进行分流。
根据本发明的第一个方面,提供了一种在通信网络的接入设备中管理路由信息的方法,首先接收来自服务器发送给用户终端的接入响应消息,然后从所述接入响应消息中提取路由相关信息,根据所述路由相关信息创建或更新路由表。
根据本发明的第二个方面,提供一种在通信网络的接入设备中用于管理路由信息的路由管理装置。该路由管理装置包括接收装置、第一获取装置和路由维护装置。接收装置接收来自服务器端发送给终端的接入响应消息;第一获取装置从所述接入响应消息中获取所述路由相关信息;路由维护装置根据所述路由相关信息创建或更新路由表。
根据本发明的第三个方面,提供了一种在通信网络的接入设备中用于数据转发的方法,其特征在于,将来自属于不同子网的用户终端的数据转发到各自对应的子网网关。
根据本发明的第四个方面,提供了一种在通信网络的接入设备中用于数据转发的转发装置,其特征在于,将来自不同子网的用户终端的数据,转发到各自对应的子网网关。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1.不影响路由协议的选择。
2.不要求用户侧二层网络运行路由协议。
3.减少了对边缘路由器的要求。
4.减少了管理员的维护工作,是实现即插即用的重要条件。
5.在实现基于三层区分业务的前提下,降低了对接入设备的要求。
附图说明
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1a为动态主机配置协议的帧结构示意图;
图1b为动态主机配置协议帧结构中的选项结构示意图;
图2为根据本发明的一个具体实施方式在通信网络的接入设备中用于管理路由信息的方法流程图;
图3a为根据本发明的一个具体实施方式接入网的一个网络拓扑结构示意图;
图3b为根据本发明的一个具体实施方式接入网的另一个网络拓扑结构示意图;
图4为根据本发明的一个具体实施方式在通信网络的接入设备中用于管理路由信息的路由管理装置框图;
图5为根据本发明的一个具体实施方式在通信网络的接入设备中用于数据转发的方法的流程图;
图6为根据本发明的一个具体实施方式在通信网络的接入设备中用于数据转发的转发装置框图。
具体实施方式
图1a是DHCP包的封装格式,DHCP的消息都封装在UDP数据报里,DHCP中的选项是允许厂商定义选项(Vendor-Specific Area),以提供更多的设定信息(如Netmask、Gateway、DNS、等等),其长度可变,同时可有多个选项。每个选项的第一个字节为选项代码,其后一个字节为后面项目内容的长度,最后为项目内容,如图1b所示的DHCP消息中的选项(option)格式。DHCP利用0x53选项代码来设定封包类别:1为DHCP-DISCOVER,2为DHCP-OFFER,3为DHCP-REQUEST,4为DHCP-DECLINE,5为DHCP-ACK,6为DHCP-NACK,7为DHCP-RELEASE。
DHCP标准中定义了三个静态路由相关的选项,Option 3,33和121。其中option3用于申明client对应的网关,可以是多个,按优先级顺序排列。Option33提出得较早,是申明静态类别路由信息的。Option121则是包含了前两者,申明所有的静态路由,包含默认路由,并且支持无类型域间路由。这些选项是服务器在分配IP地址的同时,配置给客户端的,使客户端能正确建立起路由表。值得注意的是,对于整个网络而言,用户的网关和规划好的业务提供商的地址都是不会经常变动的,它们是位于两端的IP地址,是网络拓扑的端点,不会随着网络拓扑的变化而变化。所以可以认为,这些路由是静态的,可以由管理员在服务器上预先配置,配置量也是不大的。
对于接入设备,它位于边缘路由器和用户中间,也不受拓扑变化的影响。因此这些静态路由对于接入设备是足够的。
介于目前网络的现状,无类型域间路由已经被广泛使用,接入设备主要应该依靠侦听每个DHCP-ACK报文中的option121来实现上行路由的学习,维护。
下面将结合图2-图6对本发明作进一步详细描述。
图2示出了根据本发明的一个具体实施方式在通信网络的接入设备中的管理路由信息的方法流程图。
首先,在步骤S11中,接收来自服务器发送给用户终端的接入响应消息。
然后,在步骤S12中,从所述接入响应消息中获取路由相关信息。
最后,根据所述路由相关信息来创建或更新路由表条目。
如果所述接入响应消息中还包括指示所述路由能够使用的时间的预定使用时间,则在步骤S12中,同时获取该预定使用时间;最后,同时结合所述路由相关信息和所述预定使用时间来更新或创建所述路由表条目。
其中更新或创建所述路由表条目的步骤又具体可分为步骤S13、S14、S15和S16。
首先,在步骤S13中,判断判断所述路由相关信息在所述路由表中是否存在对应的路由表条目。
如果所述路由相关信息在所述路由表中存在对应的路由表条目,则在步骤S14中判断所述路由表条目的剩余时间是否比所述预定使用时间短。
如果所述路由表条目的剩余时间比所述预定使用时间短,则在步骤S15中将所述路由表条目的剩余时间更新为所述预定使用时间。
如果所述路由相关信息在所述路由表中没有相对应的路由表条目,则在步骤S16中创建同所述路由相关信息相对应的路由表条目。
当接入设备和与其相连的各个子网网关(或者也称之为边缘路由器)之间采取虚拟局域网(VLAN)配置的时候,从地址解析协议(ARP)或者接入响应消息中获取所述路由表条目和虚拟局域网的关联信息。
图3a和图3b示出了根据本发明的一个具体实施方式接入网的两个网络拓扑结构示意图。在图3a中,每个虚拟局域网都有一个响应用户接入请求的服务器,在图3b中,三个虚拟局域网共享一个响应用户接入请求的服务器。
通常情况下,如图3a和图3b所示的网络拓扑结构图,接入设备0可以通过来自各个子网网关的地址解析协议的应答帧中的虚拟局域网标签中获取虚拟局域网的信息,和各个路由相关联。其详细流程如下,接入设备0首先接收一个来自用户设备的数据包,假设该数据包发送到服务a万维网中,接入设备0根据数据包中的源网络地址和目的网络地址从所创建的路由表中找到其转发的下一跳的目的网络地址,然后发出地址解析协议请求帧来向下一跳目的主机(在图3a和图3b中即为边缘路由器a)查询其链路层地址。下一跳目的主机收到该请求后回应一个地址解析协议响应帧,该响应帧中包含有虚拟局域网标签。接入设备0接收到所述包含有虚拟局域网标签的地址解析协议响应帧时,从中提取出该虚拟局域网的信息,同该路由相关连。
如果每个虚拟局域网内部都有一个(或多个)响应用户接入请求的服务器,如图3a所示,在这种网络配置下,也可以通过接入响应消息中的虚拟局域网标签获取虚拟局域网的信息,从而和路由相关信息关联。如果是多个虚拟局域网共享一个响应用户接入请求的服务器,如图3b所示,则不能通过接入响应消息中的虚拟局域网标签获取和路由相关信息关联的虚拟局域网信息,此时只能通过地址解析协议消息来获取和路由相关信息关联的虚拟局域网信息。
在目前的网络实现中,上述接入请求消息和接入响应消息为动态主机配置协议消息,所述预定使用时间为该动态主机配置协议响应消息中的租赁时间。
图4示出了根据本发明的一个具体实施方式在通信网络的接入设备中用于管理路由信息的路由管理装置1框图。该路由管理装置1包括接收装置11、第一获取装置12、第二获取装置13和路由维护装置14。其中路由维护装置14包括第一判断装置141、第二判断装置142、更新装置143和创建装置144。
首先,接收装置11接收来自服务器端发送给终端的接入响应消息。
然后,第一获取装置12从所述接入响应消息中获取所述路由相关信息,同时还获取一个预定使用时间,该预定时间用于指示所述路由的使用时间。
如果接入设备和与其相连的各个子网网关(或者也称之为边缘路由器)之间采取虚拟局域网配置的时候,第二获取装置13从地址解析协议消息或接入响应消息中获取所述路由表条目和虚拟局域网的关联信息。
通常情况下,如图3a和图3b所示,可以通过来自各个子网网关的地址解析协议的应答帧中的虚拟局域网标签中获取虚拟局域网的信息,和各个路由相关联。其详细过程如下,接入设备0首先接收一个来自用户设备的数据包,假设该数据包发送到服务a万维网中,接入设备0根据数据包中的源网络地址和目的网络地址从所创建的路由表中找到其转发的下一跳的目的网络地址,然后发出地址解析协议请求帧来向下一跳目的主机(在图3a和图3b中即为边缘路由器a)查询其链路层地址。下一跳目的主机收到该请求后回应一个地址解析协议响应帧,该响应帧中包含有虚拟局域网标签。接入设备0接收到所述包含有虚拟局域网标签的地址解析协议响应帧时,第二获取装置13从中提取出该虚拟局域网的信息,同该路由相关连。
如果每个虚拟局域网内部都有一个(或多个)响应用户接入请求的服务器,如图3a所示,在这种网络配置下,也可以通过接入响应消息中的虚拟局域网标签获取虚拟局域网的信息,从而和路由相关信息关联。如果是多个虚拟局域网共享一个响应用户接入请求的服务器,如图3b所示,则不能通过接入响应消息中的虚拟局域网标签获取和路由相关信息关联的虚拟局域网信息,此时只能通过地址解析协议消息来获取和路由相关信息关联的虚拟局域网信息。
最后,路由维护装置14根据所述路由相关信息创建或更新路由表。
在路由维护装置14的一个优选实施例中,根据第一获取装置12获得的路由相关信息和预定使用时间以及第二获取装置13获得的虚拟局域网信息,第一判断装置141首先判断所述路由相关信息在所述路由表中是否存在对应的路由表条目。
如果所述路由相关信息在所述路由表中存在对应的路由表条目时,第二判断装置142判断所述路由表条目中的剩余时间是否比所述预定使用时间短。
如果所述路由相关信息在所述路由表中存在对应的路由表条目并且所述路由表条目中的剩余时间比所述预定使用时间短,更新装置143将所述路由表条目的剩余时间更新为所述预定使用时间。
如果路由相关信息在所述路由表中不存在对应的路由表条目,创建装置144创建同所述路由相关信息相对应的路由表条目。
在目前的网络实现中,上述接入请求消息和接入响应消息为动态主机配置协议消息,所述预定使用时间为该动态主机配置协议响应消息中的租赁时间。
图5示出了根据本发明的一个具体实施方式在通信网络的接入设备中用于数据转发的方法的流程图。该方法在于,将来自属于不同子网的用户终端的数据转发到各自对应的子网网关。如图5所示,该方法可分为四个步骤。
首先,在步骤S21中,接收来自用户终端的数据包。
其次,在步骤S22中,从数据包中获取源网络地址与目的网络地址。
然后,在步骤S23中,根据所述数据包的源网络地址与目的网络地址,从路由表中查询出可以到达目的网络并且与源网络地址匹配的网关,及其相对应的转发端口。
最后,在步骤S24中,将该数据包经由所述转发端口发送给所述相应子网的网关。
在目前的网络实现中,上述网络地址为IP地址。
在一个优先实施例中,接入设备对于每个子网分别维护一个子网路由表。首先接收来自用户终端的数据包;其次根据所述数据包的源IP地址查询出其相应的子网路由表;然后根据所述数据包的目的IP地址从所述相应的子网路由表中查询出相应的路由表条目,从而确定所述数据包的转发端口;最后将数据包经由所述转发端口发送给所述相应子网的网关。
在另外一个优选实施例中,接入设备仅维护一个路由表。首先接收来自用户终端的数据包;其次根据所述数据包目的IP地址从所述路由表中查询出与所述目的地址相关的一个或多个路由表条目;然后利用所述数据包源IP地址来由所述与目的地址相关的一个或多个路由表条目中确定与其所属子网的网关相对应的路由表条目,并确定所述数据包的转发端口;最后将数据包经由所述转发端口发送给所述相应子网的网关。
图6示出了根据本发明的一个具体实施方式在通信网络的接入设备中用于数据转发的转发装置2框图。该转发装置2在于将来自不同子网的用户终端的数据,转发到各自对应的子网网关。
该转发装置2包括接收装置21、获取装置22、查询装置23和发送装置24。
首先,接收装置21接收来自用户终端的数据包。
其次,获取装置22从所述数据包中获取源网络地址与目的网络地址。
然后,查询装置23根据所述数据包的源网络地址与目的网络地址,从路由表中查询出可以到达目的网络并且与源网络地址匹配的网关,及其相对应的转发端口;
最后,发送装置24将该数据包经由所述转发端口发送给所述相应子网的网关。
在目前的网络实现中,上述网络地址为IP地址。
在一个优选实施例中,接入设备对于每个子网分别维护一个子网路由表。首先,接收装置21接收来自用户终端的数据包;其次,获取装置22从所述数据包中获取源网络地址和目的网络地址;然后,查询装置23根据所述数据包的源IP地址查询出其相应的子网路由表;再根据所述数据包的目的IP地址从所述相应的子网路由表中查询出相应的路由表条目,从而确定所述数据包的转发端口;最后,发送装置24将数据包经由所述转发端口发送给所述相应子网的网关。
在另外一个优选实施例中,接入设备仅维护一个路由表。首先,接收装置21接收来自用户终端的数据包;其次,获取装置22从所述数据包中获取源网络地址和目的网络地址;然后,查询装置23根据所述数据包目的IP地址从所述路由表中查询出与所述目的地址相关的一个或多个路由表条目;再利用所述数据包源IP地址来由所述与目的地址相关的一个或多个路由表条目中确定与其所属子网的网关相对应的路由表条目,并确定所述数据包的转发端口;最后,发送装置将数据包经由所述转发端口发送给所述相应子网的网关。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。
Claims (16)
1.一种在通信网络的接入设备中用于管理路由信息的方法,其特征在于,包括以下步骤:
a.接收来自服务器发送给用户终端的接入响应消息;
b.从所述接入响应消息中获取路由相关信息;
c.根据所述路由相关信息创建或更新路由表条目。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤b还包括:
-从所述接入响应消息中获取一个预定使用时间,该预定使用时间用于指示所述路由的使用时间;
其中,所述步骤c还包括:
-根据所述预定使用时间来更新所述路由表条目。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据所述预定时间来更新所述路由表条目的信息的步骤还包括:
-判断所述路由相关信息在所述路由表中是否存在对应的路由表条目;
-如果所述路由相关信息在所述路由表中存在对应的路由表条目,并且所述路由表条目的剩余时间比所述预定使用时间短,则将所述路由表条目的剩余时间更新为所述预定使用时间;
-如果所述路由相关信息在所述路由表中没有相对应的路由表条目,则创建同所述路由相关信息相对应的路由表条目。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:
-从地址解析协议消息或接入响应消息中获取所述路由表条目和虚拟局域网的关联信息;
其中,所述接入设备和与其相连接的各个边缘路由器之间采取所述虚拟局域网配置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,所述接入响应消息是指动态主机配置协议(DHCP)响应消息,所述预定使用时间为该动态主机配置协议响应消息中的租赁时间。
6.一种在通信网络的接入设备中用于管理路由信息的路由管理装置,其特征在于,包括:
-接收装置,用于接收来自服务器端发送给终端的接入响应消息;
-第一获取装置,从所述接入响应消息中获取所述路由相关信息;
-路由维护装置,用于根据所述路由相关信息创建或更新路由表。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述获取装置还用于从所述接入响应消息中获取一个预定使用时间,该预定时间用于指示所述路由的使用时间;
其中,所述路由维护装置还根据所述预定使用时间来更新所述路由表条目。
8.根据权利要求6或7所述的装置,其特征在于,所述路由维护装置包括:
-第一判断装置,用于判断所述路由相关信息在所述路由表中是否存在对应的路由表条目;
-第二判断装置,用于判断当所述路由相关信息在所述路由表中存在对应的路由表条目时,所述路由表条目中的剩余时间是否比所述预定使用时间短;
-更新装置,用于当所述路由相关信息在所述路由表中存在对应的路由表条目并且所述路由表条目中的剩余时间比所述预定使用时间短时,将所述路由表条目的剩余时间更新为所述预定使用时间;
-创建装置,用于当路由相关信息在所述路由表中不存在对应的路由表条目时,创建同所述路由相关信息相对应的路由表条目。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的装置,其特征在于,还包括:
第二获取装置,用于从地址解析协议消息或接入响应消息中获取所述路由表条目和虚拟局域网的关联信息;
其中,所述接入设备和与其相连接的各个边缘路由器之间采取所述虚拟局域网配置。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的装置,其特征在于,所述接入响应消息是指动态主机配置协议(DHCP)响应消息,所述预定使用时间为该动态主机配置协议响应消息中的租赁时间。
11.一种在通信网络的接入设备中用于数据转发的方法,其特征在于,将来自属于不同子网的用户终端的数据转发到各自对应的子网网关。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,包括以下步骤:
i.接收来自用户终端的数据包;
ii.由所述数据包中获取源网络地址与目的网络地址;
iii.根据所述数据包的源网络地址与目的网络地址,从路由表中查询出可以到达目的网络并且与源网络地址匹配的网关,及其相对应的转发端口;
iv.将该数据包经由所述转发端口发送给所述相应子网的网关。
13.一种在通信网络的接入设备中用于数据转发的转发装置,其特征在于,将来自不同子网的用户终端的数据,转发到各自对应的子网网关。
14.根据权利要求13所述的装置,其特征在于,包括:
接收装置,用于接收来自用户终端的数据包;
获取装置,用于由所述数据包中获取源网络地址与目的网络地址;
查询装置,用于根据所述数据包的源网络地址与目的网络地址,从路由表中查询出可以到达目的网络并且与源网络地址匹配的网关,及其相对应的转发端口;
发送装置,用于将该数据包经由所述转发端口发送给所述相应子网的网关。
15.一种通信网络中的接入设备,其特征在于,包含权利要求6-10中任一项所述的路由管理装置或/和权利要求13或14所述的转发装置。
16.根据权利要求15中所述的设备,其特征在于,该接入设备为数字用户线路接入复用器(DSLAM)。
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