CN117596149B - 一种组播网络拓扑生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组播网络拓扑生成方法，包括：一、在终端计算机设置配置文件；二、终端计算机通过交换机管理协议登录到各个交换机，输入m个交换机的基本配置参数，并读取m个交换机配置信息；三、对所有交换机的配置信息进行提取；四、对所有交换机的网络连接拓扑关系进行分析建模；五、输入更新的路由关系矩阵L和更新的组播转发路径矩阵M生成组播网络拓扑图。本发明方法步骤简单、设计合理，通过交换机路由配置信息、交换机接口配置信息、组播路由配置信息分析判断构建路由关系矩阵和组播转发路径矩阵，并采用力导向图模型基于路由关系矩阵和组播转发路径矩阵形成组播网络拓扑图。

Description

一种组播网络拓扑生成方法
技术领域
本发明属于航天测量与控制技术领域，具体涉及一种组播网络拓扑生成方法。
背景技术
网络拓扑是指用网络传输介质互连各种设备的物理布局。网络拓扑是图数据可视化的重要应用，往往作为载体承载各类通信网络、应用传输数据路径，展示信息系统整体态势。目前，行业对于组播网络拓扑生成绘制涉及较少，在态势展示、指挥决策等方面缺乏有效手段，多个网络设备之间的组播数据流路径流向不直观不具体，降低了IT管理运维、网络安全管理、网络攻防态势等应用领域的应用效果。此外，目前采用手工设计生成的网络拓扑应用效果缺乏时效性、可移植性。
因此，需要一种设计合理的组播网络拓扑生成方法，通过交换机路由配置信息、交换机接口配置信息、组播路由配置信息分析判断构建路由关系矩阵和组播转发路径矩阵，并采用力导向图模型基于路由关系矩阵和组播转发路径矩阵形成组播网络拓扑图。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种组播网络拓扑生成方法，其方法步骤简单、设计合理，通过交换机路由配置信息、交换机接口配置信息、组播路由配置信息分析判断构建路由关系矩阵和组播转发路径矩阵，并采用力导向图模型基于路由关系矩阵和组播转发路径矩阵形成组播网络拓扑图。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种组播网络拓扑生成方法，所述组播网络包括多个网络设备以及与多个网络设备连接的终端计算机，所述网络设备为交换机，所述终端计算机为Windows操作系统或Linux操作系统，该方法包括以下步骤：
步骤一、在终端计算机设置配置文件；其中，所述配置文件中包括m个交换机的基本配置参数，且每一个交换机的基本配置参数包括交换机的管理IP地址、用户名、密码、二级密码、设备类型；m为交换机的总数，且m为正整数，交换机序号取值为1～m；
步骤二、终端计算机通过交换机管理协议登录到各个交换机，输入m个交换机的基本配置参数，并读取m个交换机配置信息；
步骤三、对所有交换机的配置信息进行提取：
步骤301、通过m个交换机配置信息，提取I条交换机路由配置信息；其中，I为正整数；每条交换机路由配置信息包括交换机序号、网络号、路由掩码和目的地址；
步骤302、通过m个交换机配置信息，提取J条交换机接口配置信息；其中，J为正整数；每条交换机接口配置信息包括交换机序号、接口名称、接口地址和接口掩码；
步骤303、通过m个交换机配置信息，提取K条组播路由配置信息；其中，K为正整数；每条组播路由配置信息包括交换机序号、组播组IP地址、组播源地址、组播入接口名称和组播出接口名称；
步骤四、对所有交换机的网络连接拓扑关系进行分析建模：
步骤401、构建所有交换机初始的路由关系矩阵L；其中，路由关系矩阵L的大小为m×m，路由关系矩阵L中每个元素初始值均为0；
步骤402、通过I条交换机路由配置信息和J条交换机接口配置信息的分析判断，对初始的路由关系矩阵L进行更新，得到更新的路由关系矩阵L；
步骤403、构建所有交换机初始的组播转发路径矩阵M；其中，组播转发路径矩阵M的大小为m×m，组播转发路径矩阵M中每个元素初始值均为0；
步骤404、通过K条组播路由配置信息和J条交换机接口配置信息的分析判断，对初始的组播转发路径矩阵M进行更新，得到更新的组播转发路径矩阵M；
步骤五、输入更新的路由关系矩阵L和更新的组播转发路径矩阵M，调用echarts库绘制基于力导向图模型的网络拓扑图，并将该网络拓扑图记作组播网络拓扑图。
上述的一种组播网络拓扑生成方法，其特征在于：步骤301，具体过程如下：
先以‘network’和字符串分割交换机配置信息获得OSPF动态路由字符串，以‘ip route’、‘ip default-gateway’和字符串分割交换机配置信息获得静态路由字符串，再通过正则表达式匹配OSPF动态路由字符串和静态路由字符串，得到I条交换机路由配置信息；其中，每条交换机路由配置信息包括交换机序号、网络号、路由掩码和目的地址；
步骤302，具体过程如下：
先以‘interface’和字符串分割交换机配置信息获得接口配置字符串，再通过正则表达式匹配接口配置字符串，得到J条交换机接口配置信息；其中，每条交换机接口配置信息包括交换机序号、接口名称、接口地址和接口掩码；
步骤303，具体过程如下：
先以‘ip mroute’、‘multicast’和字符串分割交换机配置信息获得组播路由配置字符串，再通过正则表达式匹配组播路由配置字符串,得到K条组播路由配置信息；其中，每条组播路由配置信息包括交换机序号、组播组IP地址、组播源地址、组播入接口名称和组播出接口名称。
上述的一种组播网络拓扑生成方法，其特征在于：步骤402，具体过程如下：
步骤4021、将第j条交换机接口配置信息和第i条交换机路由配置信息进行匹配，如果第i条交换机路由配置信息的目的地址与第j条交换机接口配置信息的接口地址相同，且第i条交换机路由配置信息的交换机序号和第j条交换机接口配置信息的交换机序号不相同，则获取此时交换机路由配置信息的交换机序号a和交换机接口配置信息的交换机序号b，则将初始的路由关系矩阵L中Aab和Aba置为1；其中，Aab表示路由关系矩阵L中第a行第b列的元素，Aba表示路由关系矩阵L中第b行第a列的元素；i和j均为正整数，且1≤i≤I，1≤j≤J；a和b取值为正整数，且a和b取值位于1～m之中；
步骤4022、多次重复步骤4021，完成I条交换机路由配置信息和J条交换机接口配置信息的分析判断，得到更新的路由关系矩阵L。
上述的一种组播网络拓扑生成方法，其特征在于：步骤404，具体过程如下：
步骤4041、从K条组播路由配置信息中选择一个组播组IP地址作为G，一个组播源地址作为S，形成组播信源树（G，S）；并根据组播信源树（G，S）从K条组播路由配置信息中得到匹配的k条组播路由配置信息；其中，k为正整数，且k小于K；
步骤4042、将J条交换机接口配置信息和k条组播路由配置信息进行匹配，如果组播路由配置信息中组播出接口名称和交换机接口配置信息中接口名称相同且组播路由配置信息中的交换机序号和交换机接口配置信息中的交换机序号相同，则将此时的组播出接口名称、组播出接口名称对应的接口名称和交换机序号加入待判断组播网络拓扑集合R；
或者组播路由配置信息中组播入接口名称和交换机接口配置信息中接口名称相同且组播路由配置信息中的交换机序号和交换机接口配置信息中的交换机序号相同，则将此时的组播入接口名称、组播入接口名称对应的接口名称和交换机序号加入待判断组播网络拓扑集合R；
步骤4043、对待判断组播网络拓扑集合R进行判断，如果待判断组播网络拓扑集合R中交换机序号对应交换机路由配置信息和交换机接口配置信息满足步骤4021的分析判断，则获取此时交换机路由配置信息的交换机序号c和交换机接口配置信息的交换机序号d；
步骤4044、从待判断组播网络拓扑集合R中获取交换机序号c的组播出接口名称对应的接口名称，通过交换机序号c和该接口名称从交换机接口配置信息中获取对应的接口地址和接口掩码，并记作交换机序号c的接口地址和接口掩码；
从待判断组播网络拓扑集合R中获取交换机序号d的组播入接口名称对应的接口名称，通过交换机序号d和该接口名称从交换机接口配置信息中获取对应的接口地址和接口掩码，并记作交换机序号d的接口地址和接口掩码；
步骤4045、判断交换机序号c的接口地址和接口掩码与交换机序号d的接口地址和接口掩码是否满足最长掩码匹配原则，如果满足，则将初始的组播转发路径矩阵M中Bcd和Bdc置为1；其中，Bcb表示组播转发路径矩阵M中第c行第d列的元素，Bdc表示组播转发路径矩阵M中第d行第c列的元素；c和d取值为正整数，且c和d取值位于1～m之中；
步骤4046、多次重复步骤4044和步骤4045，直至待判断组播网络拓扑集合R中交换机序号全部判断完后，得到更新的组播转发路径矩阵M。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明终端计算机通过交换机管理协议登录到各个交换机，读取m个交换机配置信息，并对m个交换机配置信息提取，以获取交换机路由配置信息、交换机接口配置信息、组播路由配置信息，便于后续分析建模。
2、本发明基于交换机路由配置信息、交换机接口配置信息、组播路由配置信息分析判断构建路由关系矩阵和组播转发路径矩阵，便于后续根据构建路由关系矩阵和组播转发路径矩阵进行组播网络拓扑图生成，避免采用手工设计生成的网络拓扑应用效果缺乏时效性、可移植性，为后续自动化拓扑绘制提供了基础。
3、本发明根据更新的路由关系矩阵L和更新的组播转发路径矩阵M，调用echarts库绘制基于力导向图模型的网络拓扑图，操作便捷。
综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理，通过交换机路由配置信息、交换机接口配置信息、组播路由配置信息分析判断构建路由关系矩阵和组播转发路径矩阵，并采用力导向图模型基于路由关系矩阵和组播转发路径矩阵形成组播网络拓扑图。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种组播网络拓扑生成方法，所述组播网络包括多个网络设备以及与多个网络设备连接的终端计算机，所述网络设备为交换机，所述终端计算机为Windows操作系统或Linux操作系统，该方法包括以下步骤：
步骤一、在终端计算机设置配置文件；其中，所述配置文件中包括m个交换机的基本配置参数，且每一个交换机的基本配置参数包括交换机的管理IP地址、用户名、密码、二级密码、设备类型；m为交换机的总数，且m为正整数，交换机序号取值为1～m；
步骤二、终端计算机通过交换机管理协议登录到各个交换机，输入m个交换机的基本配置参数，并读取m个交换机配置信息；
步骤三、对所有交换机的配置信息进行提取：
步骤301、通过m个交换机配置信息，提取I条交换机路由配置信息；其中，I为正整数；每条交换机路由配置信息包括交换机序号、网络号、路由掩码和目的地址；
步骤302、通过m个交换机配置信息，提取J条交换机接口配置信息；其中，J为正整数；每条交换机接口配置信息包括交换机序号、接口名称、接口地址和接口掩码；
步骤303、通过m个交换机配置信息，提取K条组播路由配置信息；其中，K为正整数；每条组播路由配置信息包括交换机序号、组播组IP地址、组播源地址、组播入接口名称和组播出接口名称；
步骤四、对所有交换机的网络连接拓扑关系进行分析建模：
步骤401、构建所有交换机初始的路由关系矩阵L；其中，路由关系矩阵L的大小为m×m，路由关系矩阵L中每个元素初始值均为0；
步骤402、通过I条交换机路由配置信息和J条交换机接口配置信息的分析判断，对初始的路由关系矩阵L进行更新，得到更新的路由关系矩阵L；
步骤403、构建所有交换机初始的组播转发路径矩阵M；其中，组播转发路径矩阵M的大小为m×m，组播转发路径矩阵M中每个元素初始值均为0；
步骤404、通过K条组播路由配置信息和J条交换机接口配置信息的分析判断，对初始的组播转发路径矩阵M进行更新，得到更新的组播转发路径矩阵M；
步骤五、输入更新的路由关系矩阵L和更新的组播转发路径矩阵M，调用echarts库绘制基于力导向图模型的网络拓扑图，并将该网络拓扑图记作组播网络拓扑图。
本实施例中，步骤301，具体过程如下：
先以‘network’和字符串分割交换机配置信息获得OSPF动态路由字符串，以‘ip route’、‘ip default-gateway’和字符串分割交换机配置信息获得静态路由字符串，再通过正则表达式匹配OSPF动态路由字符串和静态路由字符串，得到I条交换机路由配置信息；其中，每条交换机路由配置信息包括交换机序号、网络号、路由掩码和目的地址；
步骤302，具体过程如下：
先以‘interface’和字符串分割交换机配置信息获得接口配置字符串，再通过正则表达式匹配接口配置字符串，得到J条交换机接口配置信息；其中，每条交换机接口配置信息包括交换机序号、接口名称、接口地址和接口掩码；
步骤303，具体过程如下：
先以‘ip mroute’、‘multicast’和字符串分割交换机配置信息获得组播路由配置字符串，再通过正则表达式匹配组播路由配置字符串,得到K条组播路由配置信息；其中，每条组播路由配置信息包括交换机序号、组播组IP地址、组播源地址、组播入接口名称和组播出接口名称。
本实施例中，步骤402，具体过程如下：
步骤4021、将第j条交换机接口配置信息和第i条交换机路由配置信息进行匹配，如果第i条交换机路由配置信息的目的地址与第j条交换机接口配置信息的接口地址相同，且第i条交换机路由配置信息的交换机序号和第j条交换机接口配置信息的交换机序号不相同，则获取此时交换机路由配置信息的交换机序号a和交换机接口配置信息的交换机序号b，则将初始的路由关系矩阵L中Aab和Aba置为1；其中，Aab表示路由关系矩阵L中第a行第b列的元素，Aba表示路由关系矩阵L中第b行第a列的元素；i和j均为正整数，且1≤i≤I，1≤j≤J；a和b取值为正整数，且a和b取值位于1～m之中；
步骤4022、多次重复步骤4021，完成I条交换机路由配置信息和J条交换机接口配置信息的分析判断，得到更新的路由关系矩阵L。
本实施例中，步骤404，具体过程如下：
步骤4041、从K条组播路由配置信息中选择一个组播组IP地址作为G，一个组播源地址作为S，形成组播信源树（G，S）；并根据组播信源树（G，S）从K条组播路由配置信息中得到匹配的k条组播路由配置信息；其中，k为正整数，且k小于K；
步骤4042、将J条交换机接口配置信息和k条组播路由配置信息进行匹配，如果组播路由配置信息中组播出接口名称和交换机接口配置信息中接口名称相同且组播路由配置信息中的交换机序号和交换机接口配置信息中的交换机序号相同，则将此时的组播出接口名称、组播出接口名称对应的接口名称和交换机序号加入待判断组播网络拓扑集合R；
或者组播路由配置信息中组播入接口名称和交换机接口配置信息中接口名称相同且组播路由配置信息中的交换机序号和交换机接口配置信息中的交换机序号相同，则将此时的组播入接口名称、组播入接口名称对应的接口名称和交换机序号加入待判断组播网络拓扑集合R；
步骤4043、对待判断组播网络拓扑集合R进行判断，如果待判断组播网络拓扑集合R中交换机序号对应交换机路由配置信息和交换机接口配置信息满足步骤4021的分析判断，则获取此时交换机路由配置信息的交换机序号c和交换机接口配置信息的交换机序号d；
步骤4044、从待判断组播网络拓扑集合R中获取交换机序号c的组播出接口名称对应的接口名称，通过交换机序号c和该接口名称从交换机接口配置信息中获取对应的接口地址和接口掩码，并记作交换机序号c的接口地址和接口掩码；
从待判断组播网络拓扑集合R中获取交换机序号d的组播入接口名称对应的接口名称，通过交换机序号d和该接口名称从交换机接口配置信息中获取对应的接口地址和接口掩码，并记作交换机序号d的接口地址和接口掩码；
步骤4045、判断交换机序号c的接口地址和接口掩码与交换机序号d的接口地址和接口掩码是否满足最长掩码匹配原则，如果满足，则将初始的组播转发路径矩阵M中Bcd和Bdc置为1；其中，Bcb表示组播转发路径矩阵M中第c行第d列的元素，Bdc表示组播转发路径矩阵M中第d行第c列的元素；c和d取值为正整数，且c和d取值位于1～m之中；
步骤4046、多次重复步骤4044和步骤4045，直至待判断组播网络拓扑集合R中交换机序号全部判断完后，得到更新的组播转发路径矩阵M。
本实施例中，所述配置文件为.yaml格式的配置文件。
本实施例中，交换机管理协议为Telnet协议。
本实施例中，需要说明的是，I条交换机路由配置信息、J条交换机接口配置信息和K条组播路由配置信息均涵盖所有交换机，I、J和K大于m。
本实施例中，步骤五组播网络拓扑图中交换机序号作为节点，如果更新的路由关系矩阵L和更新的组播转发路径矩阵M中元素值为1，则该元素值对应的两个交换机序号之间存在边，则将该两个交换机序号连接。
本实施例中，需要说明的是，交换机路由配置信息中网络号和路由掩码本申请未涉及。
综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理，通过交换机路由配置信息、交换机接口配置信息、组播路由配置信息分析判断构建路由关系矩阵和组播转发路径矩阵，并采用力导向图模型基于路由关系矩阵和组播转发路径矩阵形成组播网络拓扑图。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.一种组播网络拓扑生成方法，其特征在于，所述组播网络包括多个网络设备以及与多个网络设备连接的终端计算机，所述网络设备为交换机，所述终端计算机为Windows操作系统或Linux操作系统，该方法包括以下步骤：
步骤一、在终端计算机设置配置文件；其中，所述配置文件中包括m个交换机的基本配置参数，且每一个交换机的基本配置参数包括交换机的管理IP地址、用户名、密码、二级密码、设备类型；m为交换机的总数，且m为正整数，交换机序号取值为1～m；
步骤二、终端计算机通过交换机管理协议登录到各个交换机，输入m个交换机的基本配置参数，并读取m个交换机配置信息；
步骤三、对所有交换机的配置信息进行提取：
步骤301、通过m个交换机配置信息，提取I条交换机路由配置信息；其中，I为正整数；每条交换机路由配置信息包括交换机序号、网络号、路由掩码和目的地址；
步骤302、通过m个交换机配置信息，提取J条交换机接口配置信息；其中，J为正整数；每条交换机接口配置信息包括交换机序号、接口名称、接口地址和接口掩码；
步骤303、通过m个交换机配置信息，提取K条组播路由配置信息；其中，K为正整数；每条组播路由配置信息包括交换机序号、组播组IP地址、组播源地址、组播入接口名称和组播出接口名称；
步骤四、对所有交换机的网络连接拓扑关系进行分析建模：步骤401、构建所有交换机初始的路由关系矩阵L；其中，路由关系矩阵L的大小为m×m，路由关系矩阵L中每个元素初始值均为0；
步骤402、通过I条交换机路由配置信息和J条交换机接口配置信息的分析判断，对初始的路由关系矩阵L进行更新，得到更新的路由关系矩阵L；
步骤403、构建所有交换机初始的组播转发路径矩阵M；其中，组播转发路径矩阵M的大小为m×m，组播转发路径矩阵M中每个元素初始值均为0；
步骤404、通过K条组播路由配置信息和J条交换机接口配置信息的分析判断，对初始的组播转发路径矩阵M进行更新，得到更新的组播转发路径矩阵M；
步骤五、输入更新的路由关系矩阵L和更新的组播转发路径矩阵M，调用echarts库绘制基于力导向图模型的网络拓扑图，并将该网络拓扑图记作组播网络拓扑图；
步骤402，具体过程如下：
步骤4021、将第j条交换机接口配置信息和第i条交换机路由配置信息进行匹配，如果第i条交换机路由配置信息的目的地址与第j条交换机接口配置信息的接口地址相同，且第i条交换机路由配置信息的交换机序号和第j条交换机接口配置信息的交换机序号不相同，则获取此时交换机路由配置信息的交换机序号a和交换机接口配置信息的交换机序号b，则将初始的路由关系矩阵L中Aab和Aba置为1；其中，Aab表示路由关系矩阵L中第a行第b列的元素，Aba表示路由关系矩阵L中第b行第a列的元素；i和j均为正整数，且1≤i≤I，1≤j≤J；a和b取值为正整数，且a和b取值位于1～m之中；步骤4022、多次重复步骤4021，完成I条交换机路由配置信息和J条交换机接口配置信息的分析判断，得到更新的路由关系矩阵L；
步骤404，具体过程如下：
步骤4041、从K条组播路由配置信息中选择一个组播组IP地址作为G，一个组播源地址作为S，形成组播信源树(G，S)；并根据组播信源树(G，S)从K条组播路由配置信息中得到匹配的k条组播路由配置信息；其中，k为正整数，且k小于K；
步骤4042、将J条交换机接口配置信息和k条组播路由配置信息进行匹配，如果组播路由配置信息中组播出接口名称和交换机接口配置信息中接口名称相同且组播路由配置信息中的交换机序号和交换机接口配置信息中的交换机序号相同，则将此时的组播出接口名称、组播出接口名称对应的接口名称和交换机序号加入待判断组播网络拓扑集合R；
或者组播路由配置信息中组播入接口名称和交换机接口配置信息中接口名称相同且组播路由配置信息中的交换机序号和交换机接口配置信息中的交换机序号相同，则将此时的组播入接口名称、组播入接口名称对应的接口名称和交换机序号加入待判断组播网络拓扑集合R；步骤4043、对待判断组播网络拓扑集合R进行判断，如果待判断组播网络拓扑集合R中交换机序号对应交换机路由配置信息和交换机接口配置信息满足步骤4021的分析判断，则获取此时交换机路由配置信息的交换机序号c和交换机接口配置信息的交换机序号d；
步骤4044、从待判断组播网络拓扑集合R中获取交换机序号c的组播出接口名称对应的接口名称，通过交换机序号c和该接口名称从交换机接口配置信息中获取对应的接口地址和接口掩码，并记作交换机序号c的接口地址和接口掩码；
从待判断组播网络拓扑集合R中获取交换机序号d的组播入接口名称对应的接口名称，通过交换机序号d和该接口名称从交换机接口配置信息中获取对应的接口地址和接口掩码，并记作交换机序号d的接口地址和接口掩码；
步骤4045、判断交换机序号c的接口地址和接口掩码与交换机序号d的接口地址和接口掩码是否满足最长掩码匹配原则，如果满足，则将初始的组播转发路径矩阵M中Bcd和Bdc置为1；其中，Bcb表示组播转发路径矩阵M中第c行第d列的元素，Bdc表示组播转发路径矩阵M中第d行第c列的元素；c和d取值为正整数，且c和d取值位于1～m之中；
步骤4046、多次重复步骤4044和步骤4045，直至待判断组播网络拓扑集合R中交换机序号全部判断完后，得到更新的组播转发路径矩阵M。
2.按照权利要求1所述的一种组播网络拓扑生成方法，其特征在于：步骤301，具体过程如下：先以‘network’和‘\n’字符串分割交换机配置信息获得OSPF动态路由字符串，以‘iproute’、‘ip default-gateway’和‘\n’字符串分割交换机配置信息获得静态路由字符串，再通过正则表达式匹配OSPF动态路由字符串和静态路由字符串，得到I条交换机路由配置信息；其中，每条交换机路由配置信息包括交换机序号、网络号、路由掩码和目的地址；
步骤302，具体过程如下：
先以‘interface’和‘\n’字符串分割交换机配置信息获得接口配置字符串，再通过正则表达式匹配接口配置字符串，得到J条交换机接口配置信息；其中，每条交换机接口配置信息包括交换机序号、接口名称、接口地址和接口掩码；
步骤303，具体过程如下：
先以‘ip mroute’、‘multicast’和‘\n’字符串分割交换机配置信息获得组播路由配置字符串，再通过正则表达式匹配组播路由配置字符串,得到K条组播路由配置信息；其中，每条组播路由配置信息包括交换机序号、组播组IP地址、组播源地址、组播入接口名称和组播出接口名称。
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