CN101340369A - 实现虚连接支持优雅重启的方法和路由器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种虚连接支持优雅重启的方法和路由器，能够在主用控制板正常工作的时候将虚连接参数信息备份到备用控制板，使得在发生主备倒换后，备用控制板能够直接获取虚连接参数信息，并使得状态为UP的虚连接接口能够与普通接口一起参与链路状态数据库(LSDB)的同步和邻居关系的重建，从而获取完整的LSDB，并利用该同步到的LSDB进行路由计算后下刷给转发板，实现了虚连接支持优雅重启(GR)。并且，大大加快了GR的完成速度，减小了GR失败的概率。

Description

实现虚连接支持优雅重启的方法和路由器

技术领域

本发明涉及网络通信技术，特别涉及一种实现虚连接支持优雅重启的方法和路由器。

背景技术

开放最短路径优先(OSPF，Open Shortest Path First)和OSPFv3是基于链路状态的内部网关协议，将自治系统划分为骨干区域和多个非骨干区域，分别采用区域号(Area ID)进行标识。图1为现有技术中的自治系统的区域示意图，Area 0为骨干区域，其它为非骨干区域，其中，连接骨干区域和非骨干区域的路由器称为区域边界路由器(ABR，Area BorderRouter)。骨干区域负责各区域之间的路由，非骨干区域之间的路由信息必须通过骨干区域来转发，因此，所有非骨干区域必须与骨干区域保持连通，且骨干区域自身也必须保持连通。但是，在实际的组网结构中，有些非骨干区域与骨干区域之间并不发生交界，为了保持其之间的连通，可以通过在两台ABR之间配置虚连接予以解决，如图2所示，在ABR 1和ABR 2之间通过非骨干区域Area 1而建立一条逻辑上的连接通道，使得非骨干区域Area 2与骨干区域Area 0之间保持连通。

在两台ABR之间配置虚连接后，必须在该虚连接为连接(UP)状态时才能实现两台ABR所在区域之间的连通，虚连接的状态依赖于两台ABR是否存在指向对方的ABR路由，如果存在，则该虚连接就为UP状态，否则该虚连接就为断开(DOWN)状态。因此，是否启动该虚连接使该虚连接处于UP状态，必须经过OSPF的路由计算，当路由计算的结果表明两端的ABR存在相互指向对方的ABR路由时，启动两台ABR之间的虚连接。

现有技术中的路由器通常采用分布式结构，即采用控制和转发功能相互独立的结构，控制功能主要由控制板完成，负责整个路由器的控制与管理，例如路由的计算和路由结果的下刷等，而转发功能由转发板完成，负责根据控制板下刷的路由结果生成路由转发表，根据该路由转发表执行数据转发业务。

由于该分布式结构控制与转发相分离的特点，使得路由器中的控制板发生故障导致发生主备倒换时，转发板仍能够保持根据路由转发表执行数据报文转发。为了使得发生主备倒换的设备仍处在网络转发路径中，即转发业务不中断，因特网工程任务组(IETF，Internet Engineering Task Force)提出了一种增强协议，即优雅重启(GR，Graceful Restart)。即发生主备倒换后，备用控制板启动GR流程，通知邻居路由器在一定时间内保持与该发生主备倒换的路由器的路由稳定，该一定时间为GR的最大持续时间；邻居路由器在接收到该通知后，标识该发生主备倒换的路由器在执行GR，按照现有的协议技术通过多次报文交互与该发生主备倒换的路由器同步自身的链路状态数据库(LSDB，Link State Datebase)并重建邻居关系；该发生主备倒换的路由器完成与所有邻居路由器重建邻居关系后，根据同步的LSDB进行路由计算，并将计算结果下刷给转发板进行路由转发表的更新。

由于虚连接需要根据路由计算结果来启动，因此在上述GR过程中，并没有与虚连接对端的邻居重建邻居关系，因此上述GR过程中同步到的LSDB不完整，如果进行正常路由计算可能会导致计算出的路由并非最优路由，甚至可能会产生一些错误路由导致转发环路或者中断，也就是说，无法实现虚连接支持GR。

为了解决这一问题，现有技术中提供了一种实现方法，即首先采用正常GR流程通过不包括虚连接的所有接口同步LSDB并重建邻居关系，然后根据同步的LSDB进行路由计算，此时计算的路由结果并不下刷给转发板，而是根据该路由结果进行虚连接的启动，直至在所有虚连接上完成邻居关系的建立和LSDB的同步；此时同步到的LSDB为完整的LSDB，再根据该完整的LSDB重新进行路由计算，将计算的路由结果下刷给转发板。现有技术中的这种方式虽然能够得到完整的LSDB，但是，由于进行了两次LSDB同步和两次路由计算，这种多阶段的串行操作不仅实现复杂，而且必然大大增加了GR的持续时间，如果在GR过程中周围拓扑发生改变很容易造成转发板中旧的路由转发表与新的网络拓扑不一致而导致转发错误；在GR的持续时间过长甚至超出预设的GR最大持续时间时，会导致GR失败。并且，由于在完成与普通邻居的LSDB同步并进行路由计算后才能进行虚连接的启动，在虚连接启动之后才能向虚连接对端的邻居发送hello报文来恢复邻居关系，因此，当普通邻居的数量和LSDB的数量较多时，从路由器发生主备倒换到虚连接启动并发送第一个hello报文到虚连接对端的邻居所需要的时间很长，可能会超出该虚连接的邻居保活时间，从而造成该虚连接对端的邻居路由器断开与该发生主备倒换路由器的邻居关系从而导致GR失败。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种虚连接支持GR的方法和路由器，以便于更加简单、有效地实现虚连接支持GR。

一种虚连接支持优雅重启的方法，应用于包含主用控制板、备用控制板和转发板的路由器，该方法包括：

所述主用控制板正常工作时，将该路由器的虚连接参数信息备份给所述备用控制板；

发生主备倒换后，备用控制板利用备份的虚连接参数信息，通过状态为UP的虚连接接口和普通接口同步LSDB并重建邻居关系，根据完成同步后的LSDB进行路由计算，并将计算的路由结果发送给转发板。

一种路由器，该路由器包括：主用控制板、备用控制板和转发板；

所述主用控制板，用于在正常工作时，将该路由器的虚连接参数信息发送给所述备用控制板；

所述备用控制板，用于对所述主用控制板发送来的虚连接参数信息进行备份；发生主备倒换后，利用备份的虚连接参数信息，通过状态为UP的虚连接接口和普通接口同步LSDB并重建邻居关系，根据完成同步后的LSDB进行路由计算，并将计算的路由结果发送给所述转发板。

由以上技术方案可以看出，本发明提供的方法和路由器，能够在主用控制板正常工作的时候将虚连接参数信息备份到备用控制板，使得在发生主备倒换后，备用控制板能够直接获取虚连接参数信息，并使得状态为UP的虚连接接口能够与普通接口一起参与LSDB的同步和邻居关系的重建，从而获取完整的LSDB，并利用该同步到的LSDB进行路由计算后下刷给转发板，实现了虚连接支持GR。并不需要像现有技术，在发生主备倒换时必须为虚连接做特殊处理从而确定虚连接的状态，避免了多阶段的串行操作，即只需要进行一次LSDB的同步和路由计算，大大加快了GR的完成速度，缩短了GR的持续时间，减小了由于GR持续时间超出GR最大持续时间而导致GR失败的概率。并且由于备用控制板能够在发生主备倒换后，根据备份的虚连接参数信息获取状态为UP的虚连接信息，并立即向该状态为UP的虚连接对端邻居发送hello报文，从而大大缩短了从路由器发生主备倒换到虚连接启动并发送第一个hello报文到虚连接对端邻居所需要的时间，缩小了该时间超过虚连接的邻居保活时间而导致GR失败的概率。

附图说明

图1为现有技术中的自治系统的区域示意图；

图2为现有技术中的虚连接示意图；

图3为本发明实施例提供的方法流程图；

图4为本发明实施例提供的备份消息格式示意图；

图5为本发明实施例提供的消息体TLV格式示意图；

图6为本发明实施例提供的路由器结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明提供的方法主要包括：在路由器中，主用控制板正常工作时，将该路由器的虚连接参数信息备份给备用控制板；发生主备倒换后，备用控制板利用备份的虚连接参数信息，通过所有状态为UP的普通接口和虚连接接口同步LSDB并重建邻居关系，根据完成同步的LSDB进行路由计算，并将计算的路由结果下刷给转发板。

下面结合具体实施例对上述方法进行详细描述，图3为本发明实施例提供的方法流程图，如图3所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤301：主用控制板在正常工作时，如果检测到新插入的备用控制板，则遍历所有的虚连接，将每条虚连接的虚连接参数信息发送给备用控制板进行备份。

在将虚连接参数信息发送给备用控制板时，可以采用预先约定的备份消息来发送。该备份消息由消息头和消息体组成。消息头中可以包含该备份消息要送达的备份控制板号、备份消息的长度、备份消息类型和操作类型等，消息体可以由一个或多个类型长度值(TLV，Type Length Value)组成，包含具体的虚连接参数信息。备份消息的具体消息格式可以如图4所示，其中，目的板号(Dest Board)字段用于携带该备份消息要送达的备份控制板号，可以为8bit；操作类型(Oper Type)字段用于携带对虚连接参数信息的操作信息，可以为8bit，可以包括添加、修改或删除三种操作类型，例如可以用1标识添加，用2标识修改，用3标识删除，在本步骤中该操作类型应该标识为添加；备份消息长度(Length)字段用于携带备份消息的总长度信息，通常该总长度信息为4的整数倍，该字段的长度可以为16bit；备份消息类型(Type)字段用于标识备份的内容为虚连接参数信息，该字段可以为16bit；预留(Reserved)字段为保留字段，用于以后的扩展使用，可以用0填充；TLV字段用于携带各虚连接参数信息。

其中，消息体TLV字段可以采用图5所示的格式，参数类型字段用于携带该TLV描述的虚连接参数类型，可以为16bit；参数长度字段用于描述该TLV中参数值的长度，该字段可以为16bit；参数值字段用于携带具体的虚连接参数。通常要求每个TLV必须是4字节的整数倍，如果不满足该条件需要在尾部填充0，该填充的长度不需要记录在参数长度字段内。

对于OSPF虚连接，目前需要备份的虚连接参数信息主要包括：虚连接关键参数和虚连接状态参数。其中，虚连接关键参数可以包括：虚连接对端路由器的区域ID、对端路由器ID、对端路由器的IP地址、本地虚连接接口、Hello报文间隔和邻居老化时间等。虚连接状态参数是标识该虚连接UP或DOWN的信息。

在通过TLV携带上述信息时，可以预先定义如下几种类型的TLV：可以在参数类型字段中用1标识虚连接对端路由器的区域ID，参数长度为4字节；在参数类型字段中用2标识对端路由器ID，参数长度为4字节；在参数类型字段中用3标识对端路由器的IP地址，参数长度为4字节；在参数类型字段中用4标识本地虚连接接口，参数长度为4字节；在参数类型字段中用5标识Hello报文间隔，参数长度为2字节，Hello报文时间间隔是在该虚连接接口发送Hello报文的时间间隔；在参数类型字段中用6标识邻居老化时间，参数长度为4字节；在参数类型字段中用7标识虚连接的状态，即为UP状态还是DOWN状态，参数长度为1字节。也可以采用其它标识方式定义TLV，在此不再一一赘述。

备用控制板接收到主用控制板发送来的备份消息后，根据备份消息中的操作类型字段执行相应的操作。本步骤中，主用控制板发送来的备份消息中的操作类型字段为添加操作，则备份控制板根据备份消息中TLV中携带的虚连接参数信息进行存储。备份控制板可以以虚连接表的形式存储虚连接参数信息，将同一个虚连接的各虚连接参数存储为一个表项。备份控制板从TLV中获取虚连接参数信息后，根据TLV中携带的对端路由器的区域ID和对端路由器ID在虚连接表中查找对应的表项，如果已经存在对应表项，则不做处理；如果尚没有存在对应表项，则利用TLV中携带的虚连接参数信息新建一个表项。

步骤302：主用控制板在虚连接参数发生变化时，将需要更新的虚连接参数信息发送给备用控制板进行备份。

引起虚连接参数发生变化的情况大致存在两种：一种是用户对虚连接的配置数据发生变化，例如，新配置虚连接，删除虚连接，或者修改虚连接的Hello报文间隔和邻居老化时间等。另一种是到达虚连接对端的路由器的路由发生变化，例如，新建或者删除对端路由器的路由导致虚连接的状态发生变化，或者修改到达路由器的路由属性，导致虚连接对端路由器的IP地址或者本地虚连接接口发生变化等。

在主用控制板获知虚连接参数发生变化时，将发生变化的虚连接参数信息通过备份消息发送给备用控制板，本步骤中备份消息中操作类型可以为添加、修改或删除。

如果在该路由器上新配置了一条虚连接，则主用控制板可以将该配置的虚连接的虚连接参数信息携带在操作类型为添加的备份消息的TLV中发送给备用控制板，备用控制板接收到该备份消息后，确定操作类型为添加，根据TLV中携带的对端路由器的区域ID和对端路由器ID在虚连接表中查找对应的表项，如果已经存在对应表项，则不做处理；如果尚没有存在对应表项，则利用TLV中携带的虚连接参数信息新建一个表项。

如果路由器修改了虚连接的配置数据，则可以将修改后的虚连接参数携带在操作类型为修改的备份消息的TLV中发送给备用控制板；备用控制板接收到该备份消息后，确定操作类型为修改，则从TLV中获取虚连接参数信息，根据对端路由器的区域ID和对端路由器ID在虚连接表中查找对应表项，如果存在对应表项，则利用TLV中的内容对该表项中的参数进行更新，如果不存在对应表项，则不做任何处理。

如果路由器删除虚连接，则将删除的虚连接参数携带在操作类型为删除的备份消息的TLV中发送给备用控制板；备用控制板接收到该备份消息后，确定操作类型为删除，则从TLV中获取虚连接参数信息，根据对端路由器的区域ID或对端路由器ID在虚连接表中查找对应表项，并删除该表项。

步骤301和步骤302是在主用控制板正常工作时执行的操作，另外，除了上述情况下发送虚连接参数信息供备用控制板备份之外，主用控制板还可以在正常工作时，以固定时间间隔向备用控制板发送各虚连接的虚连接参数信息，以防止备用控制板没有对最新的虚连接参数进行及时备份。当主用控制板发生故障引起主备倒换后，备用控制板由于已经存储了各虚连接的参数信息，因此，可以按照标准GR流程进行处理，即继续执行以下流程。

步骤303：发生主备倒换后，备用控制板遍历虚连接表中的虚连接参数信息，在状态为UP的虚连接接口及其普通接口上发送GR通知报文，通知其邻居路由器执行GR。

主备倒换后，备用控制板根据自身存储的虚连接表可以获知哪些虚连接接口处于UP状态，并且备用控制板能够从各接口板处获取各普通接口的状态信息，从而获知哪些普通接口处于UP状态；然后备用控制板在状态为UP的虚连接接口和普通接口上发送GR通知报文来通知邻居路由器在GR最大持续时间内保持与该发生主备倒换的路由器的路由关系，并向该发生主备倒换的路由器发送LSDB。

其中，发送的GR通知报文可以为RFC4812规定的携带RS-bit的hello报文，也可以是RFC3623规定的grace-LSA报文。

另外，备用控制板在获知哪些虚连接处于UP状态后，能够立即在这些状态为UP的虚连接端口和普通端口上发送hello报文来维护与虚连接对端的邻居以及普通邻居之间的邻居关系。

步骤304：各邻居路由器向该发生主备倒换的路由器同步LSDB，并重建邻居关系。

各邻居路由器接收到GR通知报文后，标识发生主备倒换的路由器在执行GR，并按照现有协议技术进行多次报文交互以同步LSDB，重建邻居关系。该执行操作都是在GR最大持续时间内执行的，并且，在GR最大持续时间内，各邻居路由器认为与该发生主备倒换的路由器的路由关系不变。

其中，同步LSDB和重建邻居关系的报文交互流程为现有技术，在此，不再赘述。由于此时的同步流程和重建邻居关系的流程是在包含虚连接的所有接口上执行的，因此，同步到的LSDB为完整的LSDB。

步骤305：在所有邻居关系都已经重建完毕后，该发生主备倒换的路由器中的备用控制板利用完成同步后的LSDB进行路由计算，并将计算的路由结果下刷给转发板。

由于此时同步得到的LSDB为完整的LSDB，因此，利用该LSDB进行的路由计算结果为最优路由。

步骤306：该路由器中的转发板利用备用控制板下刷的路由结果重新生成路由转发表，后续利用该重新生成的路由转发表转发数据报文。

由于该路由器中采用分布式结构，转发板的功能独立使其在执行GR过程中，转发板能够利用旧的路由转发表进行数据报文的转发，从而保证业务不发生中断，当转发板利用备用控制板下发的路由结果重新生成路由转发表后，便可以利用重新生成的路由转发表进行数据报文的转发。

以上是对本发明提供的方法进行的描述，下面对本发明提供的路由器进行详细描述。图6为本发明实施例提供的路由器结构图，该路由器通常用于网络中的ABR，如图6所示，该路由器可以包括：主用控制板600、备用控制板610和转发板620。

主用控制板600，用于在正常工作时，将该路由器的虚连接参数信息发送给备用控制板610。

备用控制板610，用于对主用控制板600发送来的虚连接参数信息进行备份；发生主备倒换后，利用备份的虚连接参数信息，通过状态为UP的虚连接接口和普通接口同步LSDB并重建邻居关系，根据完成同步后的LSDB进行路由计算，并将计算的路由结果发送给转发板620。

其中，主用控制板600可以包括：检测单元601和参数发送单元602。

检测单元601，用于检测到新插入的备用控制板610时，向参数发送单元602发送第一触发通知，检测到虚连接参数发生变化时，向参数发送单元602发送第二触发通知。

参数发送单元602，用于接收到第一触发通知时，遍历所有的虚连接，将每条虚连接的虚连接参数信息发送给新插入的备用控制板610；接收到第二触发通知时，将发生变化的虚连接的虚连接参数信息发送给已经插入的备用控制板610。

其中，上述参数发送单元602可以具体包括：第一参数发送子单元603和第二参数发送子单元604。

第一参数发送子单元603，用于接收到第一触发通知时，将每条虚连接的虚连接参数信息携带在操作类型为添加的备份消息中发送给新插入的备用控制板610。

第二参数发送子单元604，用于接收到第二触发通知时，将发生变化的虚连接的虚连接参数信息携带在操作类型为修改或删除的备份消息中发送给已经插入的备用控制板610。

其中，第一参数发送子单元603可以采用图3中步骤301所描述的备份消息来发送虚连接参数信息，第二参数发送子单元604可以采用步骤302中所描述的备份消息来发送虚连接参数信息。上述的虚连接参数信息可以包括：虚连接对端路由器的区域ID、对端路由器ID、对端路由器的IP地址、本地虚连接接口、Hello报文间隔或邻居老化时间等。

上述的虚连接参数信息可以包括：虚连接对端路由器的区域ID、对端路由器ID、对端路由器的IP地址、本地虚连接接口、Hello报文间隔或邻居老化时间。

另外，转发板620，还用于接收到路由结果后，根据路由结果重新生成路由转发表。并且，在该路由器执行GR的过程中，转发板620利用旧的路由转发表进行数据报文的转发，从而保证业务的不中断。

由以上描述可以看出，本发明提供的方法和路由器，能够在主用控制板正常工作的时候将虚连接参数信息备份到备用控制板，使得在发生主备倒换后，备用控制板能够直接获取虚连接参数信息，并使得状态为UP的虚连接接口能够与普通接口一起参与LSDB的同步和邻居关系的重建，从而获取完整的LSDB，并利用该同步到的LSDB进行路由计算后下刷给转发板，实现了虚连接支持GR。并不需要像现有技术，在发生主备倒换时必须为虚连接做特殊处理从而确定虚连接的状态，避免了多阶段的串行操作，即只需要进行一次LSDB的同步和路由计算，大大加快了GR的完成速度，缩短了GR的持续时间，减小了由于GR持续时间超出GR最大持续时间而导致GR失败的概率。并且由于备用控制板能够在发生主备倒换后，根据备份的虚连接参数信息获取状态为UP的虚连接信息，并立即向该状态为UP的虚连接对端邻居发送hello报文，从而大大缩短了从路由器发生主备倒换到虚连接启动并发送第一个hello报文到虚连接对端邻居所需要的时间，缩小了该时间超过虚连接的邻居保活时间而导致GR失败的概率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1、一种虚连接支持优雅重启的方法，其特征在于，应用于包含主用控制板、备用控制板和转发板的路由器，该方法包括：

所述主用控制板正常工作时，将该路由器的虚连接参数信息备份给所述备用控制板；

发生主备倒换后，备用控制板利用备份的虚连接参数信息，通过状态为UP的虚连接接口和普通接口同步LSDB并重建邻居关系，根据完成同步后的LSDB进行路由计算，并将计算的路由结果发送给转发板。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将该路由器的虚连接参数信息备份给所述备用控制板具体包括：所述主用控制板检测到新插入的备用控制板时，遍历所有的虚连接，将每条虚连接的虚连接参数信息发送给新插入的备用控制板进行备份；或者，

所述主用控制板在虚连接参数发生变化时，将发生变化的虚连接的虚连接参数信息发送给已经插入的备用控制板进行备份。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述检测到新插入的备用控制板时，所述虚连接参数信息携带在操作类型参数为添加的备份消息中发送给新插入的备用控制板，所述备用控制板根据该备份消息的操作类型参数，在自身存储的虚连接表中添加备份消息中携带的虚连接参数信息；

在所述虚连接参数发生变化时，所述虚连接参数信息携带在操作类型参数为添加、修改或删除的备份消息中发送给已经插入的备用控制板，所述备用控制板根据该备份消息的操作类型参数和虚连接参数信息，在自身存储的虚连接中修改或删除对应的虚连接参数。

4、根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述虚连接参数信息包括：虚连接对端路由器的区域ID、对端路由器ID、对端路由器的IP地址、本地虚连接接口、Hello报文间隔或邻居老化时间。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：所述转发板接收到所述路由结果后，根据所述路由结果重新生成路由转发表。

6、一种路由器，其特征在于，该路由器包括：主用控制板、备用控制板和转发板；

所述主用控制板，用于在正常工作时，将该路由器的虚连接参数信息发送给所述备用控制板；

所述备用控制板，用于对所述主用控制板发送来的虚连接参数信息进行备份；发生主备倒换后，利用备份的虚连接参数信息，通过状态为UP的虚连接接口和普通接口同步LSDB并重建邻居关系，根据完成同步后的LSDB进行路由计算，并将计算的路由结果发送给所述转发板。

7、根据权利要求6所述的路由器，其特征在于，所述主用控制板包括：检测单元和参数发送单元；

所述检测单元，用于检测到新插入的备用控制板时，向所述参数发送单元发送第一触发通知，检测到虚连接参数发生变化时，向所述参数发送单元发送第二触发通知；

所述参数发送单元，用于接收到第一触发通知时，遍历所有的虚连接，将每条虚连接的虚连接参数信息发送给新插入的备用控制板；接收到第二触发通知时，将发生变化的虚连接的虚连接参数信息发送给已经插入的备用控制板。

8、根据权利要求7所述的路由器，其特征在于，所述参数发送单元具体包括：第一参数发送子单元和第二参数发送子单元；

所述第一参数发送子单元，用于接收到第一触发通知时，将每条虚连接的虚连接参数信息携带在操作类型参数为添加的备份消息中发送给新插入的备用控制板；

所述第二参数发送子单元，用于接收到第二触发通知时，将发生变化的虚连接的虚连接参数信息携带在操作类型参数为修改或删除的备份消息中发送给已经插入的备用控制板。

9、根据权利要求6、7或8所述的路由器，其特征在于，所述虚连接参数信息包括：虚连接对端路由器的区域ID、对端路由器ID、对端路由器的IP地址、本地虚连接接口、Hello报文间隔或邻居老化时间。

10、根据权利要求6所述的路由器，其特征在于，所述转发板，还用于接收到所述路由结果后，根据所述路由结果重新生成路由转发表。

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