小区宽带局域网综合设计实验终极报告.docx

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小区宽带局域网综合设计实验终极报告

小区宽带局域网综合设计实验报告

 

实验课程:

计算机网络

实验名称:

小区宽带局域网综合设计实验

实验地点:

重庆邮电大学经济管理学院实验中心--电子商务实验室

实验时间:

2012-5-3——2012-5-15

指导教师:

袁浩

学生姓名:

徐步辉(项目经理)学号:

2009211448

学生姓名:

房小杰(技术总监)学号:

2009211449

 

一、实验目的:

了解架设局域网的方法

了解局域网的拓扑结构

二、实验任务:

本次实验为两人一组,一人为项目经理,另一人为技术总监。

项目经理负责项目的概预算,成本计算、可行性研究、收入设计、机构设置、考虑业务需求等。

技术总监负责技术方案设计,在项目经理总体要求下,尽可能地做到高效实用。

三、实验背景:

项目背景如下:

本镇中商丽景小区需要建成一个小区宽带局域网,设想100M入户,小区自身提供视频点播、小区论谈、物管网站、接入Internet网等服务。

首期工程考虑网线布置到每户门口,根据户型,在交换机或集线器到客户机终端要留一定的宽余,比如:

书房到门口为25米,那么门口接线盒到交换机或集线器的距离应该在所选的传输线路长度的有效范围之内,根据本学期计算机网络课程所学过的知识,技术总监可选择多种设计方案,比如:

光纤、千兆双脚线以太网、帧中继、FDDI、ATM、ADSL、服务器的选型、操作系统的选择与设计等。

项目经理要注意控制成本,选择合适的设计方案。

四、实验原理:

计算机网络组建是一项系统化工程,即网络工程。

可描述为:

为达到一定的目标,根据相关的标准规范并通过系统规划,按照相关设计方案将计算机网络的技术、系统和管理有机地集成到一起的一项工程。

系统集成是网络工程实施的主要方法。

网络工程主要涉及到需求分析、规划设计、系统设计、网络技术的选用、设备及选型、系统集成、综合布线、接入技术、安全性及可靠性设计。

1.需求分析

网络需求分析是网络规划设计的第一步,也是关键一步,它是在网络设计过程中用来获取和确定系统需求的方法。

网络需求是指必须实现的网络规格,需求分析是网络设计的基础,良好的需求分析有助于为后续工作建立一个稳定的根基。

网络需求分析一般包括网络建设目标分析、应用约束分析和技术分析等方面。

分析时一般采用系统调查的方法,包括了解背景、查询原有网络施工的技术文档和与客户交流等手段。

2.规划设计

进行网络工程建设的首要工作就是要进行总体规划。

进行细致深入的规划是网络工程成功建设的保证。

一个好的规划能够起到事半功倍的效果。

缺乏规划或规划简略的网络,其拓展性、安全性、可靠性等都得不到保证,在实际的实施过程中也会遇到很多问题,不仅不能保证工期,工程质量也难以保证。

网络工程涉及到很多技术问题,同时也涉及到管理、组织、经费、法律等很过其他方面的问题,因此必须遵循一定的网络系统分析与设计方法。

网络规划的任务是对一些指标给出尽可能准确的分析和评估,包括需求分析、网络的规模、结构、管理、拓展性、安全及与外部的互联等方面。

由于网络要求为多种类型的应用服务,必须将所有的应用信息综合在一起才能决定最后的网络设计。

在分析工作完成之后,要形成一份报告,在报告中要说明网络必须完成的功能和达到的性能要求。

分析报告一般包括网络解决方案的描述、网络规模、优点、网络现状、网络的运行方式、安全性要求、可提供的应用、响应时间、节点的分布、可靠性、拓展性等。

3.系统设计

主要任务是完成网络系统的结构和组成设计,确定网络的方案。

设计完成后,要形成设计报告,该报告作为网络实现管理、维护、升级等的基础或基本框架。

系统设计主要包括网络需求、体系结构设计、拓扑结构设计、安全性设计。

其基本原则是性价比高、统一建网模式、统一网络协议、保证可靠性和稳定性、保证先进性和适应性、具有良好的开放性和扩充性、在一定程度上要安全和保密、可维护性强等。

(1)系统要求

设计者必须拥有所有网络需求的详细说明,并根据优先级的高低将网络需求进行分类。

(2)体系结构设计

确定网络层次及各层采用的协议。

常用的网络体系结构主要有:

ISO/OSI、TCP/IP、SNA等,与网络体系结构设计有关的内容包括输入方式、客户接口、服务器、网络划分和互连设备等。

设计完后应该用一张图表示网络体系设计结果。

(3)拓扑结构设计

这是网络逻辑设计的第一步,主要确定各种设备以什么方式互连。

在设计时应考虑网络的规模、网络体系结构、所采用的协议等各方面的因素。

网络的物理结构、逻辑结构和地址空间层次化和模块化,利于网络的构建和扩展。

物理结构一般由三层组成:

核心层、汇聚层、接入层。

●核心层。

它是网络的最高层,一般使用中高端交换机,它负责为整个大型交换网络提供快速交换。

核心层的唯一目的就是将网络中的数据包以线速交换。

因此原则上核心层不应该设置安全策略对数据包的过滤(如ACL)。

因此这些活动会导致交换速率的下降。

●汇聚层。

它提供基于统一策略的互联性,它是核心层和访问层的分界点,定义了网络的边界,对数据包进行复杂的运算。

主要提供的功能有:

地址汇聚、部门和工作组的接入、广播的定义、VLAN间路由、介质的转换及安全控制。

●接入层。

主要功能是为最终用户提供网络访问的途径,也可以提供进一步地调整,如Access-listFiltering等。

提供了分解带宽冲突、MAC层过滤等。

如图1所示。

图1经典三层结构设计模型

(4)IP规划及子网划分

IP是一台主机在网络中唯一的标识由类别字段、网络地址和主机地址组成。

目前IP地址分为A、B、C、D、E五类。

IP地址的设计体现了分层设计思路,但类别的机械划分造成了IP地址的严重浪费,为此人们提出了子网的概念,其主要思想是把原IP地址的部分主机借位用为网络位,以增加网络数目,进而可以分配给更多的单位使用。

分配地址可以采取的方法很多,如下介绍4种方法。

●按顺序分配。

在一个大地址中,取出需要的地址。

如果网络规模比较大,地址空间会变得比较混乱,没有简单的方法实施路由聚合以缩减路由表规模。

●按行政分配。

将地址分开,使每个部门都有一组可以供其使用的地址。

若某部门分布于不同的地理位置,在大规模的网络中,这个方案会产生和按申请顺序分配方案相同的问题。

●按地理位置分配。

将地址分开,使每个地区都有一组可以供其使用的地址。

●按拓扑结构分配。

该方式基本网络中设备的位置和逻辑关系分配地址。

有点是可以有效地实现路由聚合。

缺点是的,如果没有相应的图标或数据库参考,要确定一些连接之间的关系是相当困难的。

这种情况,把它和前三种方法结合起来会达到较好的效果。

下面给出四种地址分配方案的对比,如表1所示。

四种地址配置方案对比

分配方案

特点

按顺序分配

无需规划,可管理性差

按行政分配

需要很少的规划,便于给机构中的某一部分分配地址,如果组织是按照地域分的,这种方案比较好,否则网络缺乏扩展性

按地理位置分配

需要规划,可以提供一定的聚合性

按拓扑结构分配

在大规模的网络中具备可聚合性,并能减少路由表的大小,扩展性好,易于配置维护

上述是对所给出四种地址分配方案进行比较。

但在实际操作环境中,一般是按下述原则去选择地址分配方案。

●管理便捷原则。

对私有网络尽量采用IANA规定的私有地址。

●整网原则。

各个地址空间大小应是2的幂次,适于各种安全策略、路由策略的选择和设置。

●地域原则。

一般高位用来标识级别高的地域,低位用来标识级别低的地域。

●业务原则。

将越来越多网络进行集中,允许不同的业务在同一网络中传输,但是不允许其相互访问。

不同的业务通过地址某位来识别。

●地址节省原则。

节省的方式有NAT、地址代理、VLSM等,目前一般采用NAT、VLSM两种方式。

(5)安全性

随着计算机技术的发展,尤其是网络和网络间互连规模的扩大,信息和网络系统的安全性日益受到重视。

内部网络之间,内部网络与外部公共网络之间的互连导致私有网络系统和信息资源的安全性面临十分严峻的挑战。

对网络安全造成威胁的主要有木马、病毒、网络攻击等多方面因素。

由于网络很多层都有弱点,网络安全也要求分层管理,以防止数据无意或有意的被破坏。

针对安全问题,一般会采取用户安全培训、加密、访问控制、用户验证、增加防火墙等方式加以解决。

(6)高可靠性

网络可靠性指的是当设备或网络出现故障时,网络提供服务的不间断性。

设计人员在设计网络时,应当考虑网络是否具有很高的容错能力,具有抵御外界环境和部分人为操作失误的能力,保证单点故障尽可能地影响整个网络的正常运作。

可靠性一般通过设备本身的可靠性的链路、路由、设备的备份来实现。

可靠性设计又称可用性设计,设计技巧有设备冗余、模块冗余、线路冗余等。

(7)可管理性

随着网络规模的扩大和复杂程度的增加,管理和故障排除越来越困难,因此网络系统应该具有服务质量的控制机制。

一般设备都支持SNMP、RMON、HTTP、TELNET、命令行等网络管理方式。

(8)可扩展性

随着计算机技术和网络技术的迅速发展,用户的数量和对网络的使用需求不断增加,网络系统必然不断扩大。

因此目前的网络设计必须为今后的扩展留下足够的空间,一个成功的网络设计具备很强的扩展能力,不论在支持的用户数量方面、对目前各种网络标准的支持还是对以后新型技术,新业务的支持上都应做好充分准备。

(9)标准化

在一个网络中可能会有多个厂商的软硬件设备,为了保证用户的网络系统具有互操作性、稳定性、可管理、可扩展性,应建立一个开放式的,遵循国际标准的网络系统。

4.设备及选型

网络设备主要包括工作站,网络适配器、各种服务器、网桥、路由器、防火墙、共享设备、前端通信处理机、加密解密设备、测试设备、UPS电源等,根据网络技术和应用的不同,考虑各种部件的选择。

5.接入技术

网络接入方式的结构,统称为网络的接入技术,其发生在连接网络与用户的最后一段路程,网络的接入部分是目前最有希望大幅提高网络性能的环节。

对本地环路网来说这是一个瓶颈,它会与用户线路另一端的高性能设备形成鲜明的反差。

目前常用的接入方式大致有电话拨号、ISDN、DDN、数字中继PCM、XDLS、光纤等。

6.路由设计

在网络地址分配好后,就需要路由指导数据转化的路径,这些路径称为路由。

当路由器正常工作时,路由存在于路由表中。

常用的路由有静态路由和默认路由。

静态路由。

它是建立路由表最简单的方法,对于规模较小、网络较好规划、拓扑结构稳定的网络,常选用静态路由。

静态路由的静态属性必然使得它不能单独作用于很多网络。

它常配合动态路由使用,尤其是缺省路由,因特网中几乎100%的路由器都有一条缺省路由。

动态路由。

它是近照相应的动态路由协议编写的,由动行于网络设备中程序动态发现的路由。

基于动态路由协议可以动态的发现路由变化,并可以实现基于程序的灵活的路由策略。

在网络设计中,对某种路由协议的选取,重在考虑各种协议的不同应用场合及其之间的相互作用。

实际组网中,选取路由协议有如下原则:

●路由能在选取的各种IGP之间进行快速而简洁的切换。

●尽量少的流量占用。

●在大型网络中,优先考虑其适应能力和健壮性。

●为充分利用地址资源,应优先考虑选用支持VLSM和CIDR的路由协议。

●考虑选取能用于不同AS之间的EGP,如BGP。

●在复杂网络环境下,应考虑使用路由策略来控制路由的发布。

7.综合布线

综合布线是一个模块化的,灵活性极高的建筑物或建筑群内的信息传输系统。

它影响到网络的性能、投资、网络的使用、维护等诸多因素,是网络信息系统不可分割的重要组成部分。

8.安装和维护

我们前面的细致工作将使安装很顺利。

如果网络开发者在前面的各阶段严格遵守规范,

真正付出了努力,很多常见的安装问题都可以避免。

安装阶段的主要功能是网络本身,但是要做好安装阶段的工作还得做好以下几点:

●最后修改过的网络图,包括逻辑图和物理网络图。

●做了清晰标记的线缆、连接器和设备。

●所有可以为以后的维护和纠错带来方便的记录和文档,包括测试结果和新的数据流量记录。

所有软硬件在安装开始之前必须到位并进行测试,在网络最后投入运营之前,所有所需的资源都应该妥善安排,新的职员、培训和服务协议都是需要管理好的资源。

这些资源的获得必须在安装阶段开始之前完成,如果在安装开始前,某个至关重要的子系统没能就位,部分或者整个系统可能就要重新设计,这种代价对于施工方来说将是惨重的。

这个过程的目的是回答问题、做出策略,以及在安装阶段开始之前发现问题。

但是最好的方案也会出现问题,所以应该参加网络的安装工作。

实验方案

一、概述

从各方面分析,采用计算机网络和数据库对信息系统和日常工作进行管理有着充分的可行性。

首先,由于现公寓小区内部的计算机普及,对计算机管理信息系统的实际应用打下了良好的基础;其次,目前计算机软硬件技术和网络技术的长足发展对开发和使用管理信息系统提供了充分的技术保障。

为此,我们根据公寓小区用户需求,对现公寓小区网络系统的建设提出了我们的一些设想和方案设计。

二、建设目标

1、建立覆盖运行公寓小区各数据信息点的高速局域网;

2、实现工作中的交流与内部资源共享,从而实现办公、管理的网络化和现代化,提高职工的工作效率;

3、实现内部办公自动化,从而实现办公、管理的网络化和现代化;

4、开展电视会议、远程办公等多种延伸性应用;

5、接入互联网,可以在Internet上开拓眼界和接触更多的信息,真正做到天涯若比邻,使企业与国际、国内的最新动态保持同步,从而随时发现新的科研动态、业务信息、最新技术、最新资料以及潜在的其它信息;

6、建立WEB网站,加强运行公寓小区的对外宣传,为该公司在国际、国内树立良好的形象。

因此,我们可以认为,运行公寓小区的局域网建设对运行公寓小区的长远发展,以及对整个管理方式和工作方式的改变影响都有着深远的意义和影响。

7、建立小区视频点播系统,方便小区居民自行观看想要观看的节目,同时实现高效、快速的视频链接服务。

四、系统设计原则

运行公寓小区网络系统具有覆盖面积大,计算机节点分散,数据交换频繁和实时性要求高等特点,所以对于计算机系统的处理能力、网络远程通讯能力及系统可靠性要求很高。

根据运行公寓小区网络系统的具体特点并结合工作的具体需求,结合我公司在多项政府、企业网络建设过程中积累的丰富经验,系统的建设遵循以下原则:

先进性

计算机网络技术发展很快,不断有新技术、新产品涌现,我们要采用先进的、成熟的计算机技术和网络通讯技术来满足业务的需求,保障系统有较长的生命周期,但同时要坚持采用标准化产品。

可靠性

系统能长时间稳定可靠地运行,并保证系统安全,防止非法用户的非法访问。

系统不能出现故障,或者说即使有设备出现故障,对网络和网上的数据不构成大的威胁,要有设备对数据作备份。

灵活性

需求会变化,计算机网络技术也在进步,需求和解决方案之间是一个动态的匹配过程,因此,一方面要构筑一个稳固(Strong)的技术平台,另一方面也要有在这平台上作调整、升级和扩充的灵活性。

系统应具有良好的可扩展性,易于升级,支持新业务发展需求,使原有投资得到保护,因此在目前选择方案和产品时要留出余地,选用的产品要有好的升级扩充能力。

网络开放性

网络开放性的好坏,实际是指构造网络所选用的网络硬件、软件产品的开放性如何,网络产品是否可与其他厂商产品联网。

包括是否具有支持多种网络协议的能力,是否支持通用的国际标准,或普遍使用的工业标准等等。

开放性好的网络不但可以在一个网络系统上使用其他厂家的网络产品而实现“无缝联接”,而且为进一步的网络应用环境的集成、实现网络的可互操作性提供了技术基础条件。

网络的开放性好,也为网络的扩充、发展以及新的应用领域开阔了天地。

否则,不仅网络的应用和发展受到限制,而且会导致投资浪费。

网络可互操作性

网络系统的可互操作性是指在一个网络上的不同厂商的系统之间是否可以透明地以统一界面相互访问对方的系统、文件数据以及应用系统,以达到共享资源的目的。

另一方面,可互操作性还体现在对网络管理的可互操作性上。

包括网络运行监测、网络应用管理、网络设备管理、网络安全管理以及网络维护管理等,这些管理不仅在本地网络上可以操作,而且能够在远程网络间进行互操作。

网络的兼容性

当一个已有的网络在采用新技术或新的网络设备进行改进、扩充和升级时,这些新的网络设施(软、硬件)是否能与原有的或其他的网络设施兼容是非常重要的。

兼容性好可以保护原有的投资,可使新投资与原有的投资同时发挥效益。

网络的可用性

建成后网络的可用性高低是网络用户最为关心的,它也是对网络质量和网络性能的综合衡量。

可用性是网络本身很多物理特性的总体体现,如网络的带宽、网络带宽效率、网络时延、网络负载、网络故障频率等状况。

同时也是网络系统环境、网络应用环境和网络应用的支持能力、水平和质量的总体反映。

如果一个网络能支持传统的文件与数据的传输、访问和共享,同时也能支持新型文件如多媒体的传输、访问和共享服务,并且使用户的应用需求能够得到充分的满足,那么这个网络肯定是高质量、高性能的。

网络的可伸缩性

网络的可伸缩性不只是一种网络设施在构造网络时,在规模上可依据需要扩大或减小,而且还应体现在网络的模块化和结构化方面。

网络体系结构的模块化、结构化是现代化网络技术产品的标志和趋势,为今后党政网络体系的构成注入新的活力。

网络管理的任意性和网络配置的简便性等是网络可伸缩性的另一重要方面。

网络的经济性

一个好的网络并不是高价网络设备的简单堆积,并不是网络设备越好,网络就越好。

衡量一个网络的好坏和它的经济性,不能单看所用的投资的多少,而应以网络所具有的功能和网络可承担的负荷,如网上的用户数、数据流量等参数去综合衡量。

以“少花钱,多办事”的原则,获得更大的经济效益和社会效益。

局域网系统

运行公寓小区局域网的总体目标是以先进的网络通信技术和稳定、可靠的网络产品构成信息传输通道,建成覆盖运行公寓小区内约450个信息点的高速信息网络,实现办公的网络化、电子化、共享化、智能化,更好地为领导决策、日常办公服务,有力地促进工作效率,同时为开展其他应用提供一个高速、稳定、可靠、安全的基础。

根据运行公寓小区局域网网络应用的特点,主干网的选择对于网络建设的成功与否起着决定性的作用。

选择先进的主流网络技术,不但能保证整个网络的正常运行,还能提供良好的可靠性,可用性,扩展性,不仅有力地保证运行公寓小区各项活动的正常进行,而且保护用户的投资。

五、系统总体设计

我们贯彻面向应用,注重实效的指导思想,同时兼顾未来发展的需要,确保网络建设能切合实际,满足使用要求。

确定了以下设计局域网的总体原则:

满足目前的需求:

网络带宽足够高,包括桌面、部门服务器和主干的带宽。

网络能快速有效地传送IP数据包。

灵活的虚网划分:

容错的网络结构,保证网络高可用性。

集中的网络管理:

特别是对虚拟网的管理必须保证灵活性和安全性。

网络应支持动态地组建。

兼顾发展的需要:

网络的计算模式由客户/服务器向Intranet转移,IP将作为唯一的协议而被采用,但必须考虑如何为话音和视频应用提供足够的服务质量保证。

节省投资:

建立小区网络的目的是为小区的需要服务。

因此,应针对小区的需求,选择合适的网络技术和设备,而不是盲目地追求新技术、高性能。

根据系统的设计思想,整个网络采用模块化和结构化布局。

根据运行公寓小区局域网的需求可知,运行公寓小区局域网到各分支点是本局域网系统的主干和基础。

本网络除了数据传输外,还要考虑到视频传输的需要,结合当今计算机网络通信主流技术,网络主干采用千兆以太网技术和快速以太网技术,保证为桌面计算机提供10/100Mbps接入能力。

结合结构化布线的设计方案,局域网部分设计为两层结构——接入层及核心层,网络协议为TCP/IP。

其中核心层——网络中心交换机在该公寓小区的中心机房中,负责整个局域网的信息核心交换并连接服务器和互联网;接入层——负责所有公寓小区内计算机接入。

核心交换机与接入层交换机之间通过一条1000M铜缆互连,可提供2000M全双工传输带宽。

六、核心层

核心层是该公寓小区局域网信息交换的中心,负责连接到整个局域网。

鉴于本网络的实际用户容量和网络应用需求,为了实现信息的高速传输及未来发展,充分考虑系统平台的先进性,可靠性,可升级,可扩展性的要求,本网络系统的网络中心交换设备应由大容量多层交换机组成,同时必须考虑到网络的性能、安全,以及今后的发展,留有一定的余量。

七、接入层

接入层是末端设备连接到网络的地方,接入层交换机主要完成对所在位置计算机的接入。

运行公寓小区局域网局域网交换机全部选用10/100M以太网交换机(最少带千兆铜缆接口),向上通过交换机的1000Mbps端口连至核心层交换机,向下以端口速率100M直接连接到计算机,构成以1000M为信息主干,桌面为10M/100M的高速信息网络,在此网络平台的基础上可开展多种网络应用。

八、网络管理系统

作为一个完善的网络系统,除了要有一个良好的硬件系统、软件系统以外,还需有一个功能强大的网络管理系统。

网络管理系统必须具备以下主要功能:

1、故障管理功能

能提供故障对象指示、故障通知、故障诊断测试、故障类型分析、故障定位、故障隔离、系统重构、故障排除功能

2、配置管理功能

能识别网络的拓扑结构、表示网络中的各种对象、修改指定设备的配置、动态维护网络配置数据库

3、性能管理功能

能收集并分析网络的性能参数,统计网络运行状态,对网络设备进行监控,对异常信息进行记录并报警

4、安全管理功能

安全策略的建立、应用、管理,网络操作的日志管理,监督网络信息的安全流动。

网络管理系统应建立在SNMP—简单网络管理协议基础上,能对网络中的服务器、中心交换机、中心路由器、分支路由器、层间交换机服务器、有关工作站、网络服务器等设备进行图形化的管理、监控。

九、INTERNET接入

在规划中,由于本楼本身就作为运行公寓小区的运行公寓小区,拥有先进的数据传输机房,所以,我们建议直接采用光纤接入。

如图1所示

图1

十、服务器系统

服务器系统作为运行公寓小区网络系统进行数据集中处理、系统管理、WEB发布、邮件收发等应用的核心设备,对于整个系统的性能和持续运行起着至关重要的作用,需要高性能、高可靠的服务器系统来支撑,满足应用系统对物理平台的要求。

根据运行公寓小区网络系统的业务应用需求和发展规划,需要多台服务器组成的服务器群才能支持各种应用,但可以根据发展的步骤逐渐增加。

可先暂时配置数据库服务器、办公自动化服务器、WEB服务器和网管服务器,满足最基本的应用需求。

今后如果业务发展到一定程度、应用增多时,再增加视频点播等其它应用服务器。

从经济性考虑,现在可以全部采用PC服务器构建网络系统的主机系统。

十一、小区宽带布线系统

根据上述有关标准,本方案为一个较典型的星型拓扑结构系统,现将设计方案概述如下:

主设备间位于三栋楼房中间楼房中心机房中,配置一台标准38U网络机柜,提供网络设备和配线使用。

配置一台工作站PC,用来监控整个小区局域网络的运行状况、网络管理和系统调试使用。

主网络设备包括网络机柜、三层交换机、监视器、防火墙及辅助材料等。

各楼宇内设一个12U网络机柜,供各楼层主网络设备接入使用,同时在机柜内配置三台48口交换机(至少带1个1000M以太网接口),三个48口双绞线配线架(管理线盘)及相关配线设备(如电源、耦合器、走线槽等)。

将3幢多层住宅楼每一幢组成一个LAN,每栋公寓(约150户)组成。

从中心机房的网络接线盒将1000M超五类的网络线引至每一幢楼层的接入点(楼层网络机交换机中),从LAN接入点至用户室内以100M超五类布线系统为主。

按此方式组成的网络,可为用户提供10M~100M的上网通道服务,楼内采用标准的以太网布线方式。

每一幢楼大约

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