JP4480559B2 - ブロードバンドルータおよびそのポートマッピング情報更新方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブロードバンドルータのポートマッピング情報の更新に関する。

一般的なブロードバンドルータは、ＮＡＴ／ＩＰマスカレード機能により、ＩＰヘッダ内のＩＰアドレスを、ＬＡＮ側ではプライベートアドレスにし、インターネット側ではグローバルアドレスにするようにアドレス変換を行っている。

また、このＩＰマスカレードは、ＬＡＮ側からインターネット側へ接続要求があったときに変換テーブルにアドレスを記憶しておき、インターネット側からパケットが返送されてくると、その変換テーブルを参照して転送先を調べ、ＬＡＮ側の各端末に転送するものである。そのため、このＩＰマスカレードでは、インターネット側からの接続要求によりＬＡＮ側へ接続することはできない。そのためＰ２Ｐアプリケーションの種類によってはブロードバンドルータの下で動作しないものがある。

このインターネット側からＬＡＮ側への接続を可能にする機能はＮＡＴ越え（ＮＡＴ Ｔｒａｖｅｒｓａｌ）と呼ばれる。昨今では、インスタントメッセンジャーのようなＰ２Ｐ（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ）アプリケーションの広まりとともに、ブロードバンドルータにおいてＮＡＴ越えを可能にする要求が高まっている。

そして、ＵＰｎＰ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｐｌｕｇ ａｎｄ Ｐｌａｙ）標準では、ＮＡＴ越えの機能が定義されており、多くのブロードバンドルータがこれを採用している。

ＵＰｎＰにおいてＮＡＴ越えはポートマッピングにより実現されている。アプリケーションが自ら動的にポートマッピングを実行することでＮＡＴ越えを可能にし、ユーザの手を煩わすことなくＰ２Ｐ機能を利用可能にしている。ポートマッピングとは、使用するポート番号と端末とを予め固定的に対応付ける機能である。

このポートマッピングでは、アプリケーションがポートマッピング情報の追加登録および削除の主導権を握っている。ブロードバンドルータはアプリケーションからの指示が無ければ、ポートマッピング情報の更新に関与することはない。そのため従来のポートマッピングでは、ポートマッピング情報を登録したアプリケーションに何らかのトラブルが発生すると、ポートマッピング情報が削除されずに残ってしまう可能性があった。

また、この状況になると、そのアプリケーションを再度起動するときや、同じポートを使用する他のアプリケーションを起動するとき、正常動作が保障されないという問題があった。

そして、ユーザがブロードバンドルータを操作して手動で登録されたままのポートマッピング情報を削除する必要があった。このような作業は専門知識を持たない不慣れなユーザには容易で無く、ユーザの利便性に欠けるものであった。

また、ブロードバンドルータの種類によっては、不要なポートマッピング情報だけを削除することができず、装置のリセットにより全てのポートマッピング情報を消去しなければならないものもあった。

そして、マッピングされたままのポートはインターネットに対して開放されたままとなるので、外部からの侵入が可能な状態となってしまい、セキュリティ上の大きな問題を起こす可能性があった。

ポートマッピング情報を削除する方法として、ＬＡＮに接続された複数の装置が相互にＬＡＮからの離脱を監視し、離脱を検出した装置が離脱した装置のポートマッピング情報の削除をルータに要求するというものがある（例えば、特許文献１参照）。これによれば、ＬＡＮから離脱した装置のポートマッピング情報の削除が可能である。
特開２００４−２６６３２０号公報

ＬＡＮに接続された複数の装置が相互にＬＡＮからの離脱を監視する方法によればポートマッピング情報の削除が可能となるが、複数の装置がＬＡＮに接続されていることが条件とされ、運用上の制約が大きい。

他の方法として、ブロードバンドルータがタイマを備え、登録から所定時間を経過したポートマッピング情報を強制的に削除するという方法がある。この場合、端末にてＵＰｎＰアプリケーションが正常に動作していても強制的にマッピング情報が削除されてしまうことがあり、長時間接続したままになるような種類のアプリケーションでは、アプリケーションの再起動が必要になるなど使い勝手が悪い。

また、他の方法として、ＵＰｎＰ標準では、ＡｄｄＰｏｒｔＭａｐｐｉｎｇにＬｅａｓｅＤｕａｒｔｉｏｎが定義されており、これを使用する方法が考えられる。しかし、ＬｅａｓｅＤｕｒａｔｉｏｎの値はＣｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ（端末側）が決める値であり、Ｄｅｖｉｃｅ（ルータ側）はそれに従って動作するだけである。Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔがこれを設定しなければ、Ｄｅｖｉｃｅはポートマッピング情報を保持するしかない。現状、多くのＵＰｎＰ対応アプリケーションは、この値を使用していない。この方法でポートマッピング情報の残留を防止するには、全てのアプリケーションを、ＬｅａｓｅＤｕｒａｔｉｏｎ値を使用するものに切り替える必要があり、現実的な解とはいえない。

本発明の目的は、ユーザの利便性を害することなく、使用されないポートマッピング情報の残留を防止するブロードバンドルータを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のブロードバンドルータは、
ＬＡＮインタフェースに接続された装置のポートに対するマッピングを示すポートマッピング情報を用いて、前記ＬＡＮインタフェースとＷＡＮインタフェースの間でパケットを転送するブロードバンドルータであって、
ポートマッピングテーブル上で前記ポートマッピング情報の登録および削除を管理するポートマッピング部と、
前記ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報が登録されている装置の正常性を監視し、正常性が失われた装置のポートマッピング情報の削除を前記ポートマッピング部に要求する監視部と、
前記ポートマッピングテーブルに登録された前記ポートマッピング情報に従って前記ＷＡＮインタフェースと前記ＬＡＮインタフェースの間のパケットを転送するルータ部とを有している。

したがって、本発明によれば、ブロードバンドルータのポートマッピング部が、ポートマッピングテーブル上でポートマッピング情報の登録および削除を管理しており、監視部が、ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報が登録されている装置の正常性を監視し、正常性が失われた装置のポートマッピング情報の削除をポートマッピング部に要求するので、装置上のアプリケーションの異常終了や、回線障害などが生じても、使用されないポートマッピング情報がポートマッピングテーブルに残ってしまうのを、ユーザの利便性を害することなく防止することができる。

また、前記監視部は、前記ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報が登録されている前記装置に、該装置が応答可能なメッセージを送り、所定時間内にレスポンスが返って来なければ、該装置の正常性が失われたと判断することとしてもよい。

これによれば、正常性確認用の機能を装置に備える必要が無く、既存のアプリケーションを用いるシステムへの適用が容易である。

また、前記監視部は、前記装置に対する前記メッセージの再送を所定回数だけ繰り返しても前記レスポンスが返って来ないとき、該装置の正常性が失われたと判断することとしてもよい。

これによれば、一時的な回線品質の低下などでポートマッピング情報が削除されてしまうことを防止できる。

本発明によれば、ブロードバンドルータのポートマッピング部が、ポートマッピングテーブル上でポートマッピング情報の登録および削除を管理しており、監視部が、ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報が登録されている装置の正常性を監視し、正常性が失われた装置のポートマッピング情報の削除をポートマッピング部に要求するので、装置の正常性が失われても、その装置のポートマッピング情報がポートマッピングテーブルに残ってしまうのを、ユーザの利便性を害することなく防止することができる。

本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態のシステム構成を示すブロック図である。図１を参照すると、ブロードバンドルータ１３は、ＬＡＮ回線１２でパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１に接続し、ＷＡＮ回線１４でインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）１５あるいはインターネット１６に接続する。

ブロードバンドルータ１３、およびＰＣ１１にて実行されるアプリケーションは、ＵＰｎＰに対応しており、ブロードバンドルータ１３がＵＰｎＰデバイスとなり、ＰＣ１１がＵＰｎＰコントロールポイントとなる。ブロードバンドルータ１３は、ＵＰｎＰデバイスとしての機能により、ＰＣ１１に対するＮＡＴ越えを提供する。

図２は、本実施形態によるブロードバンドルータの構成を示すブロック図である。図２を参照すると、ブロードバンドルータ１３は、ＬＡＮインタフェース２１、ＷＡＮインタフェース２２、ルータ部２３、ＵＰｎＰデバイス制御部２４、ポートマッピング部２５、および監視部２６を有している。

ＬＡＮインタフェース２１は、ＬＡＮ回線１２を介してＰＣ１１と接続する。

ＷＡＮインタフェース２２は、ＷＡＮ回線１４を介してインターネット１６に接続する。

ルータ部２３は、ルータ機能を実現する。ルータ部２３は、パケットのルーチングを行うとき、ポートマッピング部２５で管理されているポートマッピングテーブルを用いる。

ＵＰｎＰデバイス制御部２４は、ＵＰｎＰデバイスとしての機能を制御してＵＰｎＰコントロールポイントであるＰＣ１１との間で送受信するＵＰｎＰメッセージの解析および発行を行う。

ポートマッピング部２５は、ポートマッピングテーブル（不図示）を管理しており、ＰＣ１１からの要求または監視部２６からの指示により更新する。ポートマッピングテーブルは、ポート番号とそのポートにマッピングされたＰＣとの対応を示すポートマッピング情報の一覧が記録されたテーブルである。ポートマッピング部２５は、ＰＣ１１からＬＡＮインタフェース２１およびＵＰｎＰデバイス制御部２４を介してポートマッピング情報の追加または削除を要求されると、その要求に応じてポートマッピングテーブルを更新する。また、ポートマッピング部２５は、監視部２６からマッピング情報の削除を指示されると、その指示に従ってポートマッピングテーブルを更新する。

監視部２６は、ポートマッピングテーブルに登録されているＰＣが正常動作しているか否か監視する。その際、監視部２６は、ポートマッピングテーブルに登録されているＰＣに対してＵＰｎＰイベンティングメッセージを定期的に送信し、それに対して所定時間内に応答があるか否か確認する。応答がないＰＣがあれば、監視部２６は、そのＰＣは正常動作していないと判断する。所定回数の再送を行っても応答がない場合に正常動作していないと判断することとしてもよい。正常動作していないＰＣを検出すると、監視部２６は、そのＰＣのポートマッピング情報の削除をポートマッピング部２５に指示する。

次に、本実施形態におけるＰＣ１１からブロードバンドルータ１３にポートマッピング情報を登録するときの動作について説明する。ポートマッピングの登録およびその削除はＵＰｎＰコントロールステージにおいて行われる。コントロールステージにおいては、ＵＰｎＰコントロールポイントからＵＰｎＰデバイスに対する制御が行われる。

図３は、コントロールステージにおいてＵＰｎＰコントロールポイントとＵＰｎＰデバイスの間で送受信されるメッセージを示す図である。上述したように、ＰＣ１１がＵＰｎＰコントロールポイント（Ｃｏｎｔｏｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）となり、ブロードバンドルータ１３がＵＰｎＰデバイス（Ｄｅｖｉｃｅ）となる。ＵＰｎＰデバイスは少なくとも１つのＵＰｎＰサービス（Ｓｅｒｖｉｃｅ）を含む。

図３において、ＵＰｎＰコントロールポイント３１がＰＣ１１に相当し、ＵＰｎＰデバイス３２がブロードバンドルータ１３に相当する。ＵＰｎＰデバイス３２はＵＰｎＰサービス３３を含む。

まず、コントロールポイント３１は、ポートマッピング情報の追加を要求するアクションリクエストのメッセージをＵＰｎＰデバイス３２に送信する。ＵＰｎＰデバイス３２は、そのメッセージを受信すると、その要求が受付可能であれば、ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報を追加すると共に、コントロールポイント３１にレスポンスを返す。

図４は、ポートマッピング情報を登録するときに用いられるプロトコルを示す図である。ポートマッピング情報の登録においてＵＰｎＰコントロールポイント３１とＵＰｎＰデバイス３２は、ＨＴＴＰ（Ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）上にＳＯＡＰ（Ｓｉｍｐｌｅ Ｏｂｊｅｃｔ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いている。

図５は、ＰＣからブロードバンドルータにポートマッピング情報を登録し、ＮＡＴ越えを開始するまでのシステムの動作を示すシーケンス図である。ここではＰＣ１１のＩＰアドレスは（１９２．１６８．０．２）であるとする。

図５を参照すると、まず、ＰＣ１１は、ブロードバンドルータ１３に対してポートマッピングの追加を要求するためのメッセージ３００を送信する。メッセージ３００は、ＰＣ１１からのポートマッピング追加要求（ＡｄｄＰｏｒｔＭａｐｐｉｎｇ）であり、ＳＯＡＰでカプセル化されている。ここでは一例として、内部ポート番号（ＩｎｔｅｒｎａｌＰｏｒｔ）：８０、外部ポート番号（ＥｘｔｅｒｎａｌＰｏｒｔ）：８０、プロトコル（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）：ＴＣＰのポートマッピングを要求している。

ブロードバンドルータ１３は、この要求を受付可能と判断すると、レスポンスのメッセージ３０１を返す。メッセージ３０１は、要求が受け付けられた旨の応答（ＨＴＴＰ ＯＫ ＡｄｄＰｏｒｔＭａｐｐｉｎｇＲｅｓｐｏｎｓｅ）である。そして、このときブロードバンドルータ１３上のポートマッピングテーブルには、ポートマッピング情報が登録される。

図６は、ポートマッピング情報が登録されたポートマッピングテーブルの一例を示す図である。図６を参照すると、Ｎｏ．１のポートマッピング情報が登録されている。このポートマッピング情報は、ＩＰアドレスが（１９２．１６８．０．２）のクライアント（ＰＣ１１）が内部および外部ポート番号８０のポートにマッピングされていることを示し、またプロトコルとしてＴＣＰが設定されていることを示す。

ポートマッピング情報が登録されると、それ以降、ＰＣ１１からの宛先ポート番号８０、送信元ポート番号８０のＴＣＰのパケット３０２はインターネット１６に転送されるようになる。また、インターネット１６からの宛先ポート番号８０、送信元ポート番号８０のＴＣＰのパケット３０３はＰＣ１１に転送されるようになる。これによりＮＡＴ越えが可能となる。

次に、本実施形態におけるブロードバンドルータ１３がＰＣ１１の正常性を監視し、異常を検出してポートマッピング情報を削除するときの動作について説明する。ＰＣの正常性監視および削除はＵＰｎＰイベンティングにて行われる。

図７は、ＵＰｎＰイベンティングにおいてＵＰｎＰコントロールポイントとＵＰｎＰデバイスの間で送受信されるメッセージを示す図である。

ＵＰｎＰコントロールポイント３１がＵＰｎＰデバイス３２にサブスクライブメッセージを送信すると、ＵＰｎＰデバイス３２はＵＰｎＰコントロールポイント３１にサブスクライブレスポンスを応答する。サブスクライブメッセージは、ＵＰｎＰデバイスからのイベントメッセージを予約購読（サブスクライブ）することを要求するメッセージである。サブスクライブレスポンスは、購読要求が受け付けられたことを示す応答である。

それ以降、ＵＰｎＰデバイス３２は、イベントが発生し通知が必要になると、購読要求をしたＵＰｎＰコントロールポイント３１に対してユニキャストでイベントメッセージを通知するようになる。

ＵＰｎＰコントロールポイント３１は、イベントメッセージを受信すると、イベントメッセージを受信した旨を示すイベントレスポンスを一定時間内に返送しなければならない。そのため、ＵＰｎＰコントロールポイント３１が正常動作していれば、ＵＰｎＰコントロールポイント３１からＵＰｎＰデバイス３２へイベントレスポンスが送信される。

図８は、ＰＣの正常性監視に用いられるプロトコルを示す図である。ＰＣの正常性監視においてＵＰｎＰコントロールポイント３１とＵＰｎＰデバイス３２は、ＨＴＴＰを拡張したＧＥＮＡ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｏｂｊｅｃｔ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いている。

図９は、ブロードバンドルータがＰＣの正常性を監視し、異常を検出してポートマッピング情報を削除するときの動作を示すシーケンス図である。図９を参照すると、まず、ＰＣ１１は、ブロードバンドルータ１３からのイベンティング情報の予約購読を要求するメッセージ（ＳＵＢＳＣＲＩＢＥ）５００を送信する。ブロードバンドルータ１３は、その要求を受け付け、受け付けた旨を示すレスポンス（ＨＴＴＰ ＯＫ）５０１をＰＣ１１に返す。

ＰＣ１１のポートマッピング情報がマッピングテーブルに登録されていれば、それ以降、ブロードバンドルータ１３は、定期的にＰＣ１１に対してイベントメッセージ（ＮＯＴＩＦＹ）５０２を送信する。ＰＣ１１は、イベントメッセージ５０２を受信すると、受信した旨を示すイベントレスポンス５０３をブロードバンドルータ１３に送る。ブロードバンドルータ１３は、イベントメッセージ５０２を送信してから所定時間内にイベントレスポンス５０３を受信できれば、そのＰＣ１１は正常動作していると判断する。

ここでＰＣ１１に何らかのトラブルが発生し、正常性が失われた状態になったとする（５０４）。正常性が失われるトラブルとしては、ＰＣ１１自体の不具合、アプリケーションの異常終了の他、回線障害によるものも含まれる。

それ以降、ブロードバンドルータ１３からのイベントメッセージ５０５〜５０７に対してＰＣ１１からのイベントレスポンスが返らなくなるので、ブロードバンドルータ１３は、所定回数の再送を行った後、ＰＣ１１の正常性が失われたと判断する。そして、ブロードバンドルータ１３は、ＰＣ１１のポートマッピング情報をポートマッピングテーブルから削除する（５０８）。

ポートマッピング情報が削除されると、それ以降、ＰＣ１１とインターネット１６の間におけるポート番号８０のパケットはブロードバンドルータ１３にて転送されなくなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ブロードバンドルータ１３のポートマッピング部２５が、ポートマッピングテーブル上でポートマッピング情報の登録および削除を管理しており、監視部２６が、ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報が登録されているＰＣ１１の正常性を監視し、正常性が失われたＰＣ１１のポートマッピング情報の削除をポートマッピング部２５に要求するので、ＰＣ１１上のアプリケーションの異常終了や、回線障害などが生じても、使用されないポートマッピング情報がポートマッピングテーブルに残ってしまうのを、ユーザの利便性を害することなく防止することができる。

また、監視部２６は、ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報が登録されているＰＣ１１にイベントメッセージを送り、所定時間内にレスポンスが返って来なければ、そのＰＣ１１の正常性が失われたと判断するので、正常性確認用の機能をＰＣ１１に備える必要が無く、既存のアプリケーションを用いるシステムへの適用が容易である。

また、監視部２６は、ＰＣ１１に対するイベントメッセージの再送を所定回数だけ繰り返してもレスポンスが返って来ないとき、そのＰＣ１１の正常性が失われたと判断するので、一時的な回線品質の低下などでポートマッピング情報が削除されてしまうことを防止できる。

なお、本実施形態では、ＰＣ１１の正常性監視にイベントメッセージを用いていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のメッセージが用いられてもよい。他の例として、ＡＲＰ（Ａｄｄｒｅｓｓ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）メッセージを用いてＰＣ１１の正常性監視を行うことが考えられる。これはＵＰｎＰイベンティングの機能をサポートしていないコントロールポイントにも有効である。

本発明の実施形態のシステム構成を示すブロック図である。 本実施形態によるブロードバンドルータの構成を示すブロック図である。 コントロールステージにおいてＵＰｎＰコントロールポイントとＵＰｎＰデバイスの間で送受信されるメッセージを示す図である。 ポートマッピング情報を登録するときに用いられるプロトコルを示す図である。 ＰＣからブロードバンドルータにポートマッピング情報を登録し、ＮＡＴ越えを開始するまでのシステムの動作を示すシーケンス図である。 ポートマッピング情報が登録されたポートマッピングテーブルの一例を示す図である。 ＵＰｎＰイベンティングにおいてＵＰｎＰコントロールポイントとＵＰｎＰデバイスの間で送受信されるメッセージを示す図である。 ＰＣの正常性監視に用いられるプロトコルを示す図である。 ブロードバンドルータがＰＣの正常性を監視し、異常を検出してポートマッピング情報を削除するときの動作を示すシーケンス図である。

符号の説明

１１ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
１２ ＬＡＮ回線
１３ ブロードバンドルータ
１４ ＷＡＮ回線
１５ インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）
１６ インターネット
２１ ＬＡＮインタフェース
２２ ＷＡＮインタフェース
２３ ルータ部
２４ ＵＰｎＰデバイス制御部
２５ ポートマッピング部
２６ 監視部
３１ ＵＰｎＰコントロールポイント（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）
３２ ＵＰｎＰデバイス（Ｄｅｖｉｃｅ）
３３ ＵＰｎＰサービス（Ｓｅｒｖｉｃｅ）

Claims (4)

1. ＬＡＮインタフェースに接続された装置のポートに対するマッピングを示すポートマッピング情報を用いて、前記ＬＡＮインタフェースとＷＡＮインタフェースの間でパケットを転送するブロードバンドルータであって、
   ポートマッピングテーブル上で前記ポートマッピング情報の登録および削除を管理するポートマッピング部と、
   前記ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報が登録されている装置の正常性を監視し、正常性が失われた装置のポートマッピング情報の削除を前記ポートマッピング部に要求する監視部と、
   前記ポートマッピングテーブルに登録された前記ポートマッピング情報に従って前記ＷＡＮインタフェースと前記ＬＡＮインタフェースの間のパケットを転送するルータ部とを有し、
   前記監視部は、前記ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報が登録されている前記装置に、該装置が応答可能なメッセージを送り、所定時間内にレスポンスが返って来なければ、該装置の正常性が失われたと判断し、
   前記監視部が、前記ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報の登録されている前記装置に送るメッセージはＵＰｎＰイベントメッセージである、ブロードバンドルータ。
2. 前記監視部は、前記装置に対する前記メッセージの再送を所定回数だけ繰り返しても前記レスポンスが返って来ないとき、該装置の正常性が失われたと判断する、請求項１記載のブロードバンドルータ。
3. ＬＡＮインタフェースとＷＡＮインタフェースの間でパケットを転送するブロードバンドルータにおいて、前記ＬＡＮインタフェースに接続された装置のポートに対するマッピングを示すポートマッピング情報を更新するためのポートマッピング情報更新方法であって、
   ポートマッピングテーブル上で前記ポートマッピング情報の登録および削除を管理するステップと、
   前記ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報が登録されている装置の正常性を監視するステップと、
   前記装置の正常性が失われると、該装置のポートマッピング情報を削除するステップとを有し、
   前記ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報が登録されている前記装置に、該装置が応答可能なメッセージを送り、所定時間内にレスポンスが返って来なければ、該装置の正常性が失われたと判断し、
   前記ポートマッピングテーブルにポートマッピング情報の登録されている前記装置に送るメッセージはＵＰｎＰイベントメッセージである、ポートマッピング情報更新方法。
4. 前記装置に対する前記メッセージの再送を所定回数だけ繰り返しても前記レスポンスが返って来ないとき、該装置の正常性が失われたと判断する、請求項３記載のポートマッピング情報更新方法。

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