CN114024885A - 一种基于子网掩码划分的ip路由表管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统及方法，属于通信技术领域，包括：预置有至少一张路由表，每一路由表内包括多个路由冲突项组以及多个行子网掩码，行子网掩码为每一行的多个路由冲突项组对应的子网掩码，路由冲突项组包括IP地址表项、IP地址表项对应的虚拟局域网标识；每一路由表对应于一地址运算掩码，地址运算掩码为路由表中所有子网掩码的最小值；系统还包括：一使能控制单元，连接至少一张路由表，用于配置每一路由表使能或关闭；一配表改表单元，连接至少一张路由表，用于根据网络环境中的IP地址和子网掩码对路由表进行配置。本发明的有益效果在于：提高路由表的查找效果，配置更加灵活。

Description

一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统及方法。

背景技术

网际协议版本4(InternetProtocolversion4，IPv4)，又称互联网通信协议第四版，IPv4是互联网的核心，也是使用最广泛的网际协议版本，IPv4是一种无连接的协议，操作在使用分组交换的链路层(如以太网)上。此协议会尽最大努力交付数据包，意即它不保证任何数据包均能送达目的地，也不保证所有数据包均按照正确的顺序无重复地到达。这些方面是由上层的传输协议(如传输控制协议)处理的。

路由器转发IP分组时，需要在路由表中查找该IP报文中目的地址所对应的路由信息，从而决定IP报文的转发方式。在报文转发的这一系列工作过程中，快速的路由查找过程是提供路由器整体性能的关键因素。

随着路由器接口速率的提高，传统的基于SRAM(静态随机存取存储器)的查找方法已经不能满足当下的需求，目前基于SRAM的查找方法包括线性查找、二叉树查找、HASH表查找等，这些查找方法的共同特点都是查找速度慢，特别是当查找表项条目巨大的情况下，这种性能损失尤其明显。线性查找法需要遍历表中的所有表项；二叉树查找法需要遍历树种中大多数节点，而且查找速度受树的深度影响较大；哈希表查找法是软件查找中较快的一种，它根据设定的哈希函数H(key)和处理冲突方法将一组关键字映像到一个有限的地址区间上，并以关键字在地址区间中的象作为记录在表中的存储位置，这种表称为哈希表或者哈希散列，所得存储位置称为哈希地址或者散列地址。虽然哈希表查法相对来说比较快，但在某些场景和数据集下存在哈希冲突，从而导致需要进行额外处理，这会增加处理延时，无法保证统一的查找延时，并对查找性能有较大的影响，还是满足不了高速实时通信系统的极速查找需求，因此针对以上问题，迫切需要设计出一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统及方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统及方法。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统，包括：

预置有至少一张路由表，每一所述路由表内包括多个路由冲突项组以及多个行子网掩码，所述行子网掩码为每一行的多个路由冲突项组对应的子网掩码，所述路由冲突项组包括IP地址表项、所述IP地址表项对应的虚拟局域网标识；

每一所述路由表对应于一地址运算掩码，所述地址运算掩码为所述路由表中所有子网掩码的最小值；

所述系统还包括：

一使能控制单元，连接所述至少一张路由表，用于配置每一所述路由表使能或关闭；

一配表改表单元，连接所述至少一张路由表，用于根据网络环境中的IP地址和子网掩码对所述路由表进行配置。

优选地，所述配表改表单元包括：

一获取模块，用于获取所述网络环境中的IP地址和子网掩码；

一分组模块，连接所述获取模块，用于按照所述子网掩码对所述IP地址和所述子网掩码进行分组，得到多个第一分组，每一所述第一分组对应于一所述路由表；

一地址运算掩码模块，连接所述分组模块，用于将每个所述第一分组中所有所述子网掩码的最小值作为对应的所述路由表的地址运算掩码；

一映射模块，连接所述地址运算掩码模块，用于将各所述IP地址与对应的所述路由表的所述地址运算掩码进行“与”运算，随后根据所述路由表的位宽进行CRC运算，并将运算的结果映射到所述路由表的所述IP地址表项中。

优选地，每一所述第一分组中的子网掩码相同或相接近。

优选地，所述配表改表单元还包括：

一判断模块，用于判断路由表的访问带宽是否被占满；

一第一配置模块，连接所述判断模块，用于当路由表的访问带宽未被占满时直接配置需要修改的所述路由表；

一新增模块，连接所述判断模块，用于当路由表的访问带宽被占满时新增一张路由表，作为备用表；

一搬移模块，连接所述新增模块，用于将需要修改的路由表的表项搬移到所述备用表上，并将所述备用表的表编号以及地址运算掩码配置为需要修改的所述路由表的表编号以及地址运算掩码；

所述使能控制单元还用于在配置前关闭所述需要修改的路由表，使能所述备用表；以及配置好后使能所述需要修改的路由表，关闭所述备用表；

一第二配置模块，连接所述新增模块，用于对使能关闭后的所述需要修改的路由表进行配置。

优选地，每一所述路由表对应设置有一路由存储单元，用于存储所述路由表，并对所述路由表进行读写操作；

所述路由存储单元为静态随机存取存储器。

优选地，每一所述路由表对应设置有一寄存器组，分别连接所述使能控制单元和所述配表改表单元，所述寄存器组中的其中五位表征所述路由表对应的所述地址运算掩码，一位表征所述路由表是否使能，五位表征所述路由表对应的表编号。

本发明还提供一种基于子网掩码划分的IP路由表管理方法，应用于如上述的基于子网掩码划分的IP路由表管理系统，包括：

步骤S1，获取网络环境中的IP地址和子网掩码；

步骤S2，按照所述子网掩码对所述IP地址和所述子网掩码进行分组，得到多个第一分组，每一所述第一分组对应于一路由表；

步骤S3，将所述第一分组中所有所述子网掩码的最小值作为对应的所述路由表的地址运算掩码；

步骤S4，将各所述IP地址与对应的所述路由表的所述地址运算掩码进行“与”运算，随后根据所述路由表的位宽进行CRC运算，并将运算的结果映射到所述路由表的所述IP地址表项中。

优选地，还包括：

步骤A1，判断路由表的访问带宽是否被占满：

若是，则转入步骤A2；

若否，则直接配置需要修改的所述路由表；

步骤A2，新增一张路由表，作为备用表，将需要修改的路由表的表项搬移到所述备用表上，并将所述备用表的表编号以及地址运算掩码配置为需要修改的所述路由表的表编号以及地址运算掩码；

步骤A3，关闭所述需要修改的路由表，以及使能所述备用表；

步骤A4，对使能关闭后的所述需要修改的路由表进行配置；

步骤A5，配置好后使能所述需要修改的路由表，以及关闭所述备用表。

优选地，每一所述路由表分别一路由存储单元进行存储以及读写操作；

所述路由存储单元为静态随机存取存储器。

优选地，每一所述路由表对应设置有一寄存器组；

还包括：

通过所述寄存器组中的其中五位配置所述路由表对应的所述地址运算掩码，一位配置所述路由表是否使能，五位配置所述路由表对应的表编号。

本发明的有益效果在于：

本发明基于子网掩码进行划分，每张路由表基于子网掩码对应设有地址运算掩码，路由表内的每一行同样基于子网掩码对应设有行子网掩码，通过子网掩码可以提高路由表的查找效果，路由表配置更加灵活。

附图说明

图1为本发明中，路由表的结构示意图；

图2为本发明中，一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统的结构框图；

图3为本发明中，基于子网掩码划分的IP路由表管理系统中对路由表进行填写配置的流程示意图；

图4为本发明中，基于子网掩码划分的IP路由表管理系统中对路由表进行修改配置的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统，属于通信技术领域，如图1和图2所示，包括：

预置有至少一张路由表1，每一路由表内包括多个路由冲突项组以及多个行子网掩码，行子网掩码为每一行的多个路由冲突项组对应的子网掩码，路由冲突项组包括IP地址表项(IP0～3)、IP地址表项对应的虚拟局域网标识(VLD0～3)，每张路由表还对应有一表编号(0x0～0x400)；

每一路由表对应于一地址运算掩码，地址运算掩码为路由表中所有子网掩码的最小值；

系统还包括：

一使能控制单元2，连接至少一张路由表，用于配置每一路由表使能或关闭；

一配表改表单元3，连接至少一张路由表，用于根据网络环境中的IP地址和子网掩码对路由表进行配置，包括路由表填写、修改，以应用于基于子网掩码的路由表查找。

考虑到现有技术中在一个边缘的网络环境中一般网段比较集中在几个子网掩码，每一块SRAM需要很多配套的周边电路，设置过多的路由表，会增加芯片面积，而过少的路由表，会由于“与”运算的地址运算掩码吞掉了太多的网络号，导致运算准确性降低，且路由表表项冲突加剧，影响路由查找的效果。

本发明中基于子网掩码进行划分路由表表项，每张路由表基于子网掩码对应设有地址运算掩码，路由表内的每一行同样基于子网掩码对应设有行子网掩码，在查找路由时，基于子网掩码可以确定所在的具体的路由表，再根据子网掩码确定到路由表内的具体行，通过子网掩码可以提高路由表的查找效果，路由表配置更加灵活。

进一步的，对于IPV4协议来说，子网掩码共有32位，为了实现更为精确的匹配，在本实施例中，设置8张可以配置子网掩码的路由表，作为正式表，也可以设置更多的路由表的数量，为了网络设备运行的过程中可以实现对路由表的修改，还需要增加额外的一张路由表，作为备用表，以进行路由表切换以及路由表搬移等操作，优选的，当访问带宽足够的情况下，可通过时分复用的方式进行配表改表，无需使用备用表，因此备用表不是一定需要的，可以设置，也可以不设置。

每一张路由表的结构如图1所示，8张路由表中的每一张正式表表项均搭配一静态随机存取存储器SRAM和一组11位寄存器，11位寄存器中的其中五位代表该路由表表项配置的地址运算掩码，一位代表该路由表表项是否enable，还有5位只读寄存器代表路由表的编号0～8。

对于备用表而言同样搭配一静态随机存取存储器SRAM和一组11位寄存器，其中五位代表该备用表表项对应的地址运算掩码，一位代表该备用表表项是否enable，还有5位寄存器代表该备用表替换的上述8张路由表的序号。

为了更加充分的利用路由表，每张路由表的每个地址都配有5位代表mask，即行子网掩码，路由表内的行子网掩码mask代表这一行IP地址的子网掩码，每一行只有一个mask，减少路由表空间的浪费。

每张表项的地址运算掩码只代表在查找路由时，该路由表里所有子网掩码里的最小值，同时地址运算掩码也是在进行CRC运算需要和IP地址进行“与”运算的数据，即本发明中采用地址运算掩码进行“与”运算，无需使用主机号来计算IP地址。通过设置地址运算掩码和行子网掩码mask，有效的将一张路由表、一个子网掩码转换为了一行(即4调IP地址IP0～3)一个子网掩码，使得配置更加灵活。

作为优选的实施方式，如图2所示，配表改表单元包括：

一获取模块31，用于获取网络环境中的IP地址和子网掩码；

一分组模块32，连接获取模块，用于按照子网掩码对IP地址和子网掩码进行分组，得到多个第一分组，每一第一分组对应于一路由表；

一地址运算掩码模块33，连接分组模块，用于将每个第一分组中所有子网掩码的最小值作为对应的路由表的地址运算掩码；

一映射模块34，连接地址运算掩码模块，用于将各IP地址与对应的路由表的地址运算掩码进行“与”运算，随后根据路由表的位宽进行CRC运算，并将运算的结果映射到路由表的IP地址表项中。

作为优选的实施方式，每一第一分组中的子网掩码相同或相接近。

具体的，在填写路由表时，首先，获取网络环境中的IP地址和子网掩码，根据获取的IP地址和子网掩码来对8张正式表分配地址运算掩码，地址运算掩码是为了保证读取的地址只有网络号，掩掉主机号，所以地址运算掩码应该为每一张路由表中存储的IP地址里面所有子网掩码里的最小值，这样在查找IP地址时，IP地址“与”上地址运算掩码可以掩掉这张路由表中所有的主机号之后再来计算地址，从而可以保证CRC运算后剩下的为网段地址，提高路由表填写地址的准确性。

具体的，将网络环境中相同和/或相近的子网掩码的IP地址放在一起，分成8组，并将每组最小的子网掩码作为该路由表的地址运算掩码，在寄存器中进行配置；之后将IP地址和相应的所在路由表对应的地址运算掩码进行“与”运算，然后根据该路由表深度的位宽做相应的CRC运算，将IP地址映射到路由表的冲突项IP0～3上。

进一步的，软件需要先在该网络环境中获取足够多的IP地址，以及子网掩码，当获取到具体的网络情况之后，软件可以根据具体的IP地址和子网掩码来分配路由表，尽量将一个子网掩码的IP地址划分到一个路由表中，然后配置在同一张路由表里面，如果该网段的路由IP地址较少，可以只配置几张路由表，其他的路由表对应的enable寄存器配置为0，甚至还可以让未配置的路由表对应的SARM进入休眠模式，休眠模式仅限于支持休眠的SARM。例如该网段内大部分都是子网掩码为5和6的IP地址，那么只需要配置子网掩码为5和6对应的路由表，这样路由表查找的效果会更好。

进一步的，假设该网段在出现很多少量但不同的子网掩码，可以将这些少量的子网掩码对应IP地址划分到地址运算掩码小于其本身子网掩码值的路由表中，可以更加充分的利用路由表。

作为优选的实施方式，如图2所示，配表改表单元还包括：

一判断模块35，用于判断路由表的访问带宽是否被占满；

一第一配置模块36，连接判断模块，用于当路由表的访问带宽未被占满时直接配置需要修改的路由表；

一新增模块37，连接判断模块，用于当路由表的访问带宽被占满时新增一张路由表，作为备用表；

一搬移模块38，连接新增模块，用于将需要修改的路由表的表项搬移到备用表上，并将备用表的表编号以及地址运算掩码配置为需要修改的路由表的表编号以及地址运算掩码；

使能控制单元还用于在配置前关闭需要修改的路由表，使能备用表；以及配置好后使能需要修改的路由表，关闭备用表；

一第二配置模块39，连接新增模块，用于对关闭后的需要修改的路由表进行配置。

具体的，在芯片运行过程中，若需要对一张路由表进行修改，当访问带宽足够的情况下，可通过时分复用的方式进行配表改表；

但当该路由表的访问带宽不够时，通过添加备用表，将需要修改的路由表的表项先搬移到备用表上，将需要修改的路由表(正式表)的enable关闭，使能备用表，即备用表的寄存器配置enable有效，且将备用表的寄存器配置为关闭的正式表所表示的表编号以及地址运算掩码，以替换关闭的正式表，这样就将被修改表项的带宽转移给至备用表上，之后再修改这张被屏蔽(即关闭使能后)的正式表的SARM以及相应的寄存器，都配置好之后打开该正式表的enable，并关闭备用表的enable，将带宽重新转移到正式表。

作为优选的实施方式，每一路由表对应设置有一路由存储单元，用于存储路由表，并对路由表进行读写操作；

路由存储单元为静态随机存取存储器。

作为优选的实施方式，每一路由表对应设置有一寄存器组，分别连接使能控制单元和配表改表单元，寄存器组中的其中五位表征路由表对应的地址运算掩码，一位表征路由表是否使能，五位表征路由表对应的表编号。

具体的，本发明中的路由表支持两种配置方式，第一种配置方式为直接配置，第二种配置方式为间接配置。当芯片刚刚启动且未有报文输入，或芯片对路由表的带宽要求较低，不需要每个clock cycle(时钟周期)都对路由表进行仿真操作时，可以采用直接配置的方式；当芯片在工作中且芯片内路由表的逻辑访问带宽已经完全占满了该路由表的SARM的带宽时，采用间接配置的方式。

进一步的，直接配置路由表时，通过总线直接配置8张路由表(即正式表)的SARM以及相关的寄存器，并且此时无需使用备用表，减少一块SARM，从而减少空间，降低成本；间接配置路由表时，通过备用表实现路由表切换以及路由表搬移，然后进行配置，配置好后再进行一次路由表切换以及路由表搬移，从而实现正式表的间接配置。

本发明还提供一种基于子网掩码划分的IP路由表管理方法，应用于如上述的基于子网掩码划分的IP路由表管理系统，如图3所示，包括：

步骤S1，获取网络环境中的IP地址和子网掩码；

步骤S2，按照子网掩码对IP地址和子网掩码进行分组，得到多个第一分组，每一第一分组对应于一路由表；

步骤S3，将第一分组中所有子网掩码的最小值作为对应的路由表的地址运算掩码；

步骤S4，将各IP地址与对应的路由表的地址运算掩码进行“与”运算，随后根据路由表的位宽进行CRC运算，并将运算的结果映射到路由表的IP地址表项中。

作为优选的实施方式，如图4所示，还包括：

步骤A1，判断路由表的访问带宽是否被占满：

若是，则转入步骤A2；

若否，则直接配置需要修改的路由表；

步骤A2，新增一张路由表，作为备用表，将需要修改的路由表的表项搬移到备用表上，并将备用表的表编号以及地址运算掩码配置为需要修改的路由表的表编号以及地址运算掩码；

步骤A3，关闭需要修改的路由表，以及使能备用表；

步骤A4，对关闭后的需要修改的路由表进行配置；

步骤A5，配置好后使能需要修改的路由表，以及关闭备用表。

作为优选的实施方式，每一路由表分别一路由存储单元进行存储以及读写操作；

路由存储单元为静态随机存取存储器。

作为优选的实施方式，每一路由表对应设置有一寄存器组；

还包括：

通过寄存器组中的其中五位配置路由表对应的地址运算掩码，一位配置路由表是否使能，五位配置路由表对应的表编号。

于上述较佳的实施例中，路由器受到一个IP数据包时，由于路由表中的每个表项都指定了一个网络，所以一个目的的IP地址可能与多个路由匹配，当数据包的目的IP地址命中多条路由时，遵循最长匹配原则，掩码越长的，优先级越高，若优先级一样，则默认最先匹配到的命中。

本发明的有益效果在于：本发明基于子网掩码进行划分，每张路由表基于子网掩码对应设有地址运算掩码，路由表内的每一行同样基于子网掩码对应设有行子网掩码，通过子网掩码可以提高路由表的查找效果，路由表配置更加灵活。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统，其特征在于，包括：

预置有至少一张路由表，每一所述路由表内包括多个路由冲突项组以及多个行子网掩码，所述行子网掩码为每一行的多个路由冲突项组对应的子网掩码，所述路由冲突项组包括IP地址表项、所述IP地址表项对应的虚拟局域网标识；

每一所述路由表对应于一地址运算掩码，所述地址运算掩码为所述路由表中所有子网掩码的最小值；

所述系统还包括：

一使能控制单元，连接所述至少一张路由表，用于配置每一所述路由表使能或关闭；

一配表改表单元，连接所述至少一张路由表，用于根据网络环境中的IP地址和子网掩码对所述路由表进行配置。

2.根据权利要求1所述的一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统，其特征在于，所述配表改表单元包括：

一获取模块，用于获取所述网络环境中的IP地址和子网掩码；

一分组模块，连接所述获取模块，用于按照所述子网掩码对所述IP地址和所述子网掩码进行分组，得到多个第一分组，每一所述第一分组对应于一所述路由表；

一地址运算掩码模块，连接所述分组模块，用于将每个所述第一分组中所有所述子网掩码的最小值作为对应的所述路由表的地址运算掩码；

一映射模块，连接所述地址运算掩码模块，用于将各所述IP地址与对应的所述路由表的所述地址运算掩码进行“与”运算，随后根据所述路由表的位宽进行CRC运算，并将运算的结果映射到所述路由表的所述IP地址表项中。

3.根据权利要求1所述的一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统，其特征在于，每一所述第一分组中的子网掩码相同或相接近。

4.根据权利要求1所述的一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统，其特征在于，所述配表改表单元还包括：

一判断模块，用于判断路由表的访问带宽是否被占满；

一第一配置模块，连接所述判断模块，用于当路由表的访问带宽未被占满时直接配置需要修改的所述路由表；

一新增模块，连接所述判断模块，用于当路由表的访问带宽被占满时新增一张路由表，作为备用表；

一搬移模块，连接所述新增模块，用于将需要修改的路由表的表项搬移到所述备用表上，并将所述备用表的表编号以及地址运算掩码配置为需要修改的所述路由表的表编号以及地址运算掩码；

所述使能控制单元还用于在配置前关闭所述需要修改的路由表，使能所述备用表；以及配置好后使能所述需要修改的路由表，关闭所述备用表；

一第二配置模块，连接所述新增模块，用于对使能关闭后的所述需要修改的路由表进行配置。

5.根据权利要求1所述的一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统，其特征在于，每一所述路由表对应设置有一路由存储单元，用于存储所述路由表，并对所述路由表进行读写操作；

所述路由存储单元为静态随机存取存储器。

6.根据权利要求1所述的一种基于子网掩码划分的IP路由表管理系统，其特征在于，每一所述路由表对应设置有一寄存器组，分别连接所述使能控制单元和所述配表改表单元，所述寄存器组中的其中五位表征所述路由表对应的所述地址运算掩码，一位表征所述路由表是否使能，五位表征所述路由表对应的表编号。

7.一种基于子网掩码划分的IP路由表管理方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任意一项所述的基于子网掩码划分的IP路由表管理系统，包括：

步骤S1，获取网络环境中的IP地址和子网掩码；

步骤S2，按照所述子网掩码对所述IP地址和所述子网掩码进行分组，得到多个第一分组，每一所述第一分组对应于一路由表；

步骤S3，将所述第一分组中所有所述子网掩码的最小值作为对应的所述路由表的地址运算掩码；

步骤S4，将各所述IP地址与对应的所述路由表的所述地址运算掩码进行“与”运算，随后根据所述路由表的位宽进行CRC运算，并将运算的结果映射到所述路由表的所述IP地址表项中。

8.根据权利要求7所述的一种基于子网掩码划分的IP路由表管理方法，其特征在于，还包括：

步骤A1，判断路由表的访问带宽是否被占满：

若是，则转入步骤A2；

若否，则直接配置需要修改的所述路由表；

步骤A2，新增一张路由表，作为备用表，将需要修改的路由表的表项搬移到所述备用表上，并将所述备用表的表编号以及地址运算掩码配置为需要修改的所述路由表的表编号以及地址运算掩码；

步骤A3，关闭所述需要修改的路由表，以及使能所述备用表；

步骤A4，对使能关闭后的所述需要修改的路由表进行配置；

步骤A5，配置好后使能所述需要修改的路由表，以及关闭所述备用表。

9.根据权利要求7所述的一种基于子网掩码划分的IP路由表管理方法，其特征在于，每一所述路由表分别一路由存储单元进行存储以及读写操作；

所述路由存储单元为静态随机存取存储器。

10.根据权利要求7所述的一种基于子网掩码划分的IP路由表管理方法，其特征在于，每一所述路由表对应设置有一寄存器组；

还包括：

通过所述寄存器组中的其中五位配置所述路由表对应的所述地址运算掩码，一位配置所述路由表是否使能，五位配置所述路由表对应的表编号。

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