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H3C IRF2原理及应用 H3C IRF2的技术原理及典型应用

周周! 人气:0
想了解H3C IRF2的技术原理及典型应用的相关内容吗,周周!在本文为您仔细讲解H3C IRF2原理及应用的相关知识和一些Code实例,欢迎阅读和指正,我们先划重点:H3C,IRF2应用,H3C,IRF2原理,下面大家一起来学习吧。

一、IRF2.0概述

IRF(智能弹性架构)是H3C自主研发的硬件虚拟化技术。核心思想就是将多台设备通过IRF物理接口连接到一起,进行必要的配置后,虚拟化成一台“分布式设备”。使用这种虚拟化技术可以集合多台设备的硬件资源和软件处理能力,实现多台设备的协同工作、统一管理和不间断维护。

目前的IRF2.0是一种将多个设备虚拟为单一设备使用的虚拟化技术,此技术已经应用于高、中、低端多个系列的交换机设备,通过IRF2.0技术形成的虚拟设备具有更高的扩展性、可靠性及性能。

二、IRF的优点

三、IRF的基本概念

1)角色

IRF中每台设备都成为成员设备,成员设备按照功能不同,分为两种角色:

Master和Slave均有成员设备选举产生。一个IRF中同时只能存在一台Master,其他成员都是Slave。

2)IRF端口

一种专用于IRF的逻辑接口,分成为IRF-port1和IRF-port2,需要和IRF物理端口绑定之后才能生效;

3)IRF物理端口

设备上可以用于IRF连接的物理端口。IRF物理端口可能是IRF专用接口,以太网接口或者光口。通常情况下,以太网接口和光口负载向网络中转发业务报文,当它们与IRF端口绑定后就作为IRF物理端口,用于成员设备之间转发报文,可转发的报文包括IRF相关协商报文及需要扩成员设备转发的业务报文;

4)IRF合并

两个IRF各自已经稳定运行,通过物理连接和必要的配置,形成一个IRF,这个过程称为IRF合并。如图:

5)IRF分裂

一个IRF形成之后,由于IRF链路故障,IRF中量相邻成员设备物理上不连通,一个IRF变成两个IRF,这个过程就称为IRF分裂。如图:

6)成员优先级

成员优先级是成员设备的一个属性,主要用于角色选举过程中确定成员设备的角色。优先级越高当选Master的可能性越大。设备的默认优先级为1,如果想让某台设备当选为Master,则在组建IRF前,可以通过命令行手工提高该设备的优先级。

四、IRF2的运行模式与配置方式

IRF2的运行模式分为IRF模式与独立运行模式,设备出厂时处于独立运行模式。若在本次运行过程中,没有修改设备的运行模式,则下次启动会延用本次启动的运行模式;若在本次运行过程中,修改了设备的运行模式,则设备户自动重启,切换到新的模式。

请根据组网需要来配置设备的运行模式。当设备从独立运行模式切换到IRF模式后,即便只有一台设备也会形成IRF。因为管理和维护IRF需要耗费一定的系统资源,所以,如果当前组网中设备不需要和别的设备组成IRF,建议将运行模式配置为独立运行模式。

chassis convert mode irf
//用来将设备的运行模式切换到IRF模式

配置方式分为预配置方式和非预配置方式。预配置方式是在独立运行模式的设备上进行IRF2相关配置,最终组成IRF只需重启一次。非预配置方式是先在独立运行模式的设备上配置成员编号,然后切换到IRF模式,再配置IRF端口、成员优先级等相关参数。Slave设备需要重启两次才能组成IRF。

五、IRF的工作原理

1)物理连接

要形成一个IRF,需要先连接成员设备的IRF物理端口。S5120-HI系列交换机使用前面板上的SFP+口或接口模块扩展卡上的万兆口作为IRF物理端口。

2)拓补收集

每个成员设备和邻居成员设备通过交互IRF Hello报文来收集整个IRF的拓补。IRF Hello报文会携带拓补信息,具体包括IRF端口连接关系、成员设备编号、成员设备优先级、成员设备的桥MAC等内容。

每个成员设备在本地记录自己已知的拓补信息。设备刚启动时只记录了自身的拓补信息。当IRF端口状态变为UP后,设备会将已知的拓补信息周期性地从UP状态的IRF端口发送出去,直接邻居接收到该消息后,会更新本地记录的拓补信息,如此往复,经过一段时间的收集,所有成员设备都会收集到完成的拓补信息(称为拓补收敛)。

此时将会进入角色选举阶段!

3)角色选举

确定成员设备角色为Master或Slave的过程称为角色选举。角色选举会在拓补变更的情况下产生,如IRF建立、新设备加入、Master设备离开或故障、两个IRF合并等。

角色选举规则如下:

从第一条开始判断。若判断的结果是多个最优,则继续判断下一条,直到找到唯一最优的成员设备才停止比较,此最优成员设备即为Master,其他成员设备均为Slave。

在角色选举完成后,IRF形成,将进入IRF管理和维护阶段。

4)IRF的管理与维护

角色选举完成之后,IRF形成,所有的成员设备组成一台虚拟设备存在于网络中,所有成员设备上的资源归该虚拟设备拥有并由Master统一管理。

(1)成员编号

在运行过程中,IRF系统使用成员编号(Member ID)来标志和管理成员设备,并在端口编号和文件系统化中引入编号的标识信息。该编号关系到整个IRF的管理和运行,因此,需要用户在设备加入IRF前统一规划、配置设备的成员编号,以保证IRF中成员编号的唯一性。

(2)接口命名规则

对于单独运行的设备(即没有加入任何IRF),接口编号采用设备编号/子槽位编号/接口序号的格式。其中,默认情况下,设备编号为1;若设备曾今加入过IRF,则在退出IRF后,仍然会使用在IRF中时的成员编号作为自身的设备编号。子槽位编号即接口所在子槽位的编号。在S5120-HI系列交换上,前面板上的端口所在子槽位编号为0;对于后面板具有单扩展插槽的设备,扩展槽位的子槽位编号为1;对于后面板具有上扩展插槽的设备,扩展槽位的子槽位编号分为是1和2。接口序号与各型号交换机支持的接口数量相关,请查看设备接口板上的丝印。

成员设备编号用来标识不同成员设备上的接口。子槽位编号和接口序号的含义及取值与单独运行时一样。

(3)文件系统命令规则

对于IRF中的成员设备,直接使用存储介质的名称可以访问Master设备的文件系统,使用“slotMember-ID#存储介质的名称”才可以访问Slave设备的文件系统。

(4)配置文件的同步

IRF技术使用了严格的配置文件同步机制,来保证IRF中的多台设备能够像一台设备一样在网络中工作,并且在Master设备出现故障之后,其余设备仍能够正常执行各项功能。

IRF中的Slave设备在启动时,会自动寻找Master设备,并将Master设备的当前配置文件同步到本地并执行;

若IRF中的所有设备同时启动,则Slave设备会将Master设备的起始位置文件同步到本地并执行。

在IRF正常工作后,用户所进行的任何配置,都会记录到Master设备的当前配置文件中,并同步到IRF中的各个设备执行;

用户在执行save命令时,如果开启了配置文件同步保存功能(默认为开启),Master设备的当前配置将同步保存到IRF的所有成员设备上,作为起始配置文件,以便使IRF中所有设备的起始配置文件保持一致;

如果为开启配置文件同步保存功能,当前配置文件将会在Master设备上保存。

通过即时的同步,IRF中所有设备均保存有相同的配置文件,即使Master设备出现故障,其他设备仍能够按照相同的配置文件执行各项功能。

(5)IRF拓补维护

若某成员设备A down或IRF链路down,其邻居设备会立即将“成员设备A离开”的信息广播通知给IRF中的其他设备。获取到离开信息的成员设备会根据本地维护的IRF拓补信息来判断离开的是Master还是Slave。如果是Master,则触发新的角色选举,再更新本地的IRF拓补;若离开的Slave,则直接更新本地的IRF拓补,以保证IRf拓补能够迅速收敛。

六、多IRF冲突检测(MAD功能)

当网络环境中存在多个IRF时会涉及到以下问题:

1)多IRF冲突检测的定义和功能

IRF链路故障会导致一个IRF变成两个新的IRF。这两个IRF拥有相同的IP地址等三层配置,会引起地址冲突,导致故障在网络中扩大。为了提高系统的可用性,当IRF分裂是需要一种机制能够检测出网络中同时存在多个IRF,并迅速进行相应的处理,以降低IRF分裂对业务的影响。

MAD就是这样一种检测和处理机制,主要提供以下功能:

IRF分裂后,竞选失败的IRF会自动关闭所有成员设备上的部分端口(相当于在接口下执行shutdown命令),但有些端口不会被自动关闭,这些端口称为保留端口。默认情况下,只有IRF物理端口是保留端口,如果要将其他端口(比如用于远程登录的端口)也作为保留端口,需要使用命令进行手工配置。

2)多IRF冲突检测的方式和原理

IRF支持的MAD检测方式有LACP MAD检测、BFD MAD检测和ARP MAD检测。三种检测方式虽然原理不同但是功能效果相同,能够满足不同组网的需求。

这三种方式独立工作,彼此之间互不干扰。因此,同一IRF内可以配置多种MAD检测方式。

(1)LACP MAD检测的原理

LACP MAD检测是通过扩展LACP协议报文内容实现的,即在LACP协议报文的扩展字段内定义一个新的TLV数据域,用于交互IRF的Domain ID和Active ID。当网络中同时存在多个IRF时(如IRF级联的组网情况),Domain ID用于区别不同的IRF。当某个IRF分裂时,Active ID用于MAD检测,用IRF中Master设备的成员编号来表示。

使能LACP检测后,成员设备通过LACP协议报文和其他成员设备交互Domain ID和Active ID信息。

 

如图,当成员设备收到LACP协议报文后,先比较Domain ID;如果Domain ID相同,再比较Active ID;如果Domain ID不同,则认为报文来自不同IRF,不再进行MAD处理。

如果Active ID相同,则表示IRF正常运行,没有发生多Active冲突;如果Active ID不同,则表示IRF分裂,检测到多Active冲突。

(2)BFD MAD检测的原理

BFD MAD检测是通过BFD协议来实现的。要使BFD MAD检测功能正常运行,除在三层接口下使能BFD MAD检测功能外,还需要在接口上配置MAD IP地址。MAD IP地址与普通IP地址不同的地方在于MAD IP地址与成员设备是绑定的,IRF中的每个成员设备上都需要配置,而且必须属于同一网段。

当IRF正常运行时,只有Master上配置的MAD IP地址生效,Slave设备上配置的MAD IP地址不生效,BFD会话处于down状态,可以使用命令:

display bfd session
//查看RFD会话的状态

若session state显示为UP,则表示处于激活状态;若显示为DOwn,则表示处于关闭状态。

IRF分裂后形成多个IRF,不同IRF中Master上配置的MAD IP地址均会生效,BFD会话被激活,此时会检测到多Active冲突。

(3)ARP MAD检测的原理

ARP MAD检测是通过扩展免费ARP协议报文内容实现的,即使用免费ARP协议报文中未使用的字段来交互IRF的Domain ID和Active ID。Domain ID和Active ID的定义及比较方法同LACP MAD检测相同。使能ARP MAD检测后,成员设备可以通过免费ARP协议报文和其他成员设备交互Domain ID和Active ID信息。ARP MAD适用于使用MSTP双上行的组网。

当IRF正常运行时,MSTP功能会阻塞某条链路,使免费ARP协议报文无法到达另一条成员设备,不会发生多Active冲突。

IRF分裂后会形成两个或多个IRF,MSTP将重新计算拓补,原先阻塞的链路被打开,不同IRF中的成员设备便可以接收到另一个IRF发送的免费ARP协议报文,从而检测到多Active冲突。

(4)三种MAD检测的适用性分析

一般情况下,高可靠性要求下可以使用BFD MAD检测。

七、配置IRF

鉴于第二代智能弹性架构IRF技术具有管理简便、网络扩展能力强、可靠性高等优点,所以本次案例使用IRF技术构建接入层。

用户配置IRF之前,要做好前期规划工作,需要明确IRF内各成员设备的角色和功能。因为有些参数需要重启设备才能生效,所以建议用户根据下面的配置流程图进行配置(采用非预配置方式配置IRF)。

1)实验拓补

 

注意先不要着急连线!

2)案例实施

(1)配置设备编号,swA保持默认即可!单独启动swB,在swB上将设备的成员编号修改为2。执行以下命令:

[H3C]irf member 1 renumber 2
Renumbering the member ID may result in configuration change or loss. Continue?[Y/N]y

完成之后,将设备断电,完善实验拓补图,如下:

 

(2)将两台设备断电后,按照图示连接irf链路,然后将两台设备上电。执行以下命令:

[swA]irf member 1 priority 5
//修改switcha的irf优先级为5
[swA]int Ten-GigabitEthernet 1/0/52
[swA-Ten-GigabitEthernet1/0/52]shutdown
[swA-Ten-GigabitEthernet1/0/52]quit
[swA]int Ten-GigabitEthernet 1/0/52
[swA-Ten-GigabitEthernet1/0/52]undo shutdown
[swA-Ten-GigabitEthernet1/0/52]save
The current configuration will be written to the device. Are you sure? [Y/N]:y
Please input the file name(*.cfg)[flash:/startup.cfg]
(To leave the existing filename unchanged, press the enter key):
Validating file. Please wait...
Saved the current configuration to mainboard device successfully.
[swA-Ten-GigabitEthernet1/0/52]quit
//在swA上创建设备的irf端口2,与物理端口ten-g 1/0/52绑定,并保存配置
[swB]int Ten-GigabitEthernet 2/0/52
[swB-Ten-GigabitEthernet2/0/52]shutdown
[swB-Ten-GigabitEthernet2/0/52]quit
[swB]irf-port 2/1
[swB-irf-port2/1]port group int Ten-GigabitEthernet 2/0/52
You must perform the following tasks for a successful IRF setup:
Save the configuration after completing IRF configuration.
Execute the "irf-port-configuration active" command to activate the IRF ports.
[swB-irf-port2/1]quit
[swB]int Ten-GigabitEthernet 2/0/52
[swB-Ten-GigabitEthernet2/0/52]undo shutdown
[swB-Ten-GigabitEthernet2/0/52]save
The current configuration will be written to the device. Are you sure? [Y/N]:y
Please input the file name(*.cfg)[flash:/startup.cfg]
(To leave the existing filename unchanged, press the enter key):
Validating file. Please wait...
Saved the current configuration to mainboard device successfully.
[swB-Ten-GigabitEthernet2/0/52]quit
//在swB上创建设备的irf端口1,与物理端口ten-g 2/0/52绑定,并保存配置
[swA]irf-port-configuration active
//激活swA的irf端口配置
[swB]irf-port-configuration active
//激活swB的irf端口配置

两台设备会进行Master竞选,竞选失败的一方将自动重启,重启完成之后,IRF形成,系统名会统一更改为swA!

[swA]display irf                           //在swA上查看irf端口信息
MemberID    Role    Priority  CPU-Mac         Description
 *+1        Master  5         b056-b05d-0100  ---
   2        Standby 1         b056-b714-0200  ---
--------------------------------------------------
 * indicates the device is the master.
 + indicates the device through which the user logs in.

 The Bridge MAC of the IRF is: b056-b05d-0100
 Auto upgrade                : yes
 Mac persistent              : 6 min
 Domain ID                   : 0

(3)swA上配置VLAN

在swA进行配置,会自动同步到swB上。

[swA]vlan 2
[swA-vlan2]vlan 3
[swA-vlan3]int vlan 2
[swA-Vlan-interface2]ip add 192.168.2.1 24
[swA-Vlan-interface2]undo shutdown
[swA-Vlan-interface2]int vlan 3
[swA-Vlan-interface3]ip add 192.168.3.1 24
[swA-Vlan-interface3]undo shutdown
[swA-Vlan-interface3]int g1/0/1
[swA-GigabitEthernet1/0/1]port link-type trunk
[swA-GigabitEthernet1/0/1]port trunk permit vlan all
//将接口改为trunk类型,并允许所有vlan通过
[swA-GigabitEthernet1/0/1]int g2/0/1
[swA-GigabitEthernet2/0/1]port link-type trunk
[swA-GigabitEthernet2/0/1]port trunk permit vlan all
//irf配置完成之后,在主设备上也可配置成员服务器

(4)swC上配置VLAN

[swC]vlan 2
[swC-vlan2]vlan 3
[swC-vlan3]int g1/0/1
[swC-GigabitEthernet1/0/1]port link-type trunk
[swC-GigabitEthernet1/0/1]port trunk permit vlan all
[swC-GigabitEthernet1/0/1]int g1/0/2
[swC-GigabitEthernet1/0/2]port link-type trunk
[swC-GigabitEthernet1/0/2]port trunk permit vlan all
[swC-GigabitEthernet1/0/2]int g1/0/3
[swC-GigabitEthernet1/0/3]port link-type access
[swC-GigabitEthernet1/0/3]port access vlan 2
[swC-GigabitEthernet1/0/3]int g1/0/4
[swC-GigabitEthernet1/0/4]port link-type access
[swC-GigabitEthernet1/0/4]port access vlan 3
//配置VLAN,并将接口加入相应的VLAN中

(5)配置pc1、pc2地址

[pc1]int g0/0
[pc1-GigabitEthernet0/0]ip add 192.168.2.100 24
[pc1-GigabitEthernet0/0]undo shut
[pc1-GigabitEthernet0/0]quit
[pc1]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.2.1
[pc2]int g0/0
[pc2-GigabitEthernet0/0]ip add 192.168.3.100 24
[pc2-GigabitEthernet0/0]undo shut
[pc2-GigabitEthernet0/0]quit
[pc2]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.3.1

(6)测试,将swA的所有接口全部关闭,模拟swA宕机

[swA]int Ten-GigabitEthernet 1/0/52
[swA-Ten-GigabitEthernet1/0/52]shutdown
[swA-Ten-GigabitEthernet1/0/52]int g1/0/1
[swA-GigabitEthernet1/0/1]shutdown

(7)配置LACP MAD检测

1.创建一个动态聚合端口,并使能lacp mad检测功能,由于并不是在两个irf之间配置lacp mad检测

swA的配置如下:

[swA-GigabitEthernet1/0/1]int g1/0/1
[swA-GigabitEthernet1/0/1]undo shutdown
[swA-GigabitEthernet1/0/1]quit
//此时,swA的Ten-GigabitEthernet1/0/52接口现在是关闭的状态
[swA]int Bridge-Aggregation 2                             //创建聚合链路,编号为2
[swA-Bridge-Aggregation2]link-aggregation mode dynamic               //模式为动态协商 
[swA-Bridge-Aggregation2]mad enable                   //开启LACP   MAD检测功能
You need to assign a domain ID (range: 0-4294967295)
[Current domain is: 0]:                                 //输入IRF域ID,保持默认直接按“回车”键即可
The assigned domain ID is: 0
MAD LACP only enable on dynamic aggregation interface.

swB的配置如下:

[swA]int Ten-GigabitEthernet 2/0/52
[swA-Ten-GigabitEthernet2/0/52]shutdown
[swA]int Bridge-Aggregation 2
[swA-Bridge-Aggregation2]link-aggregation mode dynamic
[swA-Bridge-Aggregation2]mad enable
You need to assign a domain ID (range: 0-4294967295)
[Current domain is: 0]:
The assigned domain ID is: 0
MAD LACP only enable on dynamic aggregation interface.

2.在聚合端口中添加成员端口g 1/0/1和g 2/0/1,专用于两台irf成员设备与中间设备进行lacp mad检测

[swA]int g1/0/1
[swA-GigabitEthernet1/0/1]port link-aggregation group 2
[swA-GigabitEthernet1/0/1]quit
//将swA设备上添加相应端口
[swA]int g2/0/1
[swA-GigabitEthernet2/0/1]port link-aggregation group 2
[swA-GigabitEthernet2/0/1]quit
//将swB设备上添加相应端口

3.swC作为一个中间设备需要支持lacp功能用来转发lacp协议报文,协助swA和swB进行多个active检测

[swC]int Bridge-Aggregation 2
[swC-Bridge-Aggregation2]link-aggregation mode dynamic
[swC-Bridge-Aggregation2]quit
[swC]int g1/0/1
[swC-GigabitEthernet1/0/1]port link-aggregation group 2
[swC-GigabitEthernet1/0/1]quit
[swC]int g1/0/2
[swC-GigabitEthernet1/0/2]port link-aggregation group 2
[swC-GigabitEthernet1/0/2]quit
//在聚合端口中添加成员端口g1/0/1和g1/0/2

4.最后注意配置lacpmad后中继链路设置

swA的配置:

[swA]int Bridge-Aggregation 2
[swA-Bridge-Aggregation2]port link-type trunk
Configuring GigabitEthernet1/0/1 done.
[swA-Bridge-Aggregation2]port trunk permit vlan all
Configuring GigabitEthernet1/0/1 done.

swB的配置:

[swA]int Bridge-Aggregation 2
[swA-Bridge-Aggregation2]port link-type trunk
Configuring GigabitEthernet2/0/1 done.
[swA-Bridge-Aggregation2]port trunk permit vlan all
Configuring GigabitEthernet2/0/1 done.

swC的配置:

[swC]int Bridge-Aggregation 2
[swC-Bridge-Aggregation2]port link-type trunk
Configuring GigabitEthernet1/0/1 done.
Configuring GigabitEthernet1/0/2 done.
[swC-Bridge-Aggregation2]port trunk permit vlan all
Configuring GigabitEthernet1/0/1 done.
Configuring GigabitEthernet1/0/2 done.

(8)验证。现在swA设备上的Ten-GigabitEthernet 1/0/52接口是关闭的;swB设备上的Ten-GigabitEthernet 20/52接口是关闭的。

效果实现!

八、IRF及MAD配置的显示及维护命令

附上一些关于IRF和MAD配置的显示和维护。

<SW1>dis irf                     //查看设备的IRF配置信息
MemberID    Role    Priority  CPU-Mac         Description
 *+1        Master  5         2c63-c480-0300  ---
   2        Standby 1         2c63-c8c5-0400  ---
--------------------------------------------------
 * indicates the device is the master.
 + indicates the device through which the user logs in.

 The Bridge MAC of the IRF is: 2c63-c480-0300
 Auto upgrade                : yes
 Mac persistent              : 6 min
 Domain ID                   : 0

上述各字段含义如下:

<SW1>dis irf configuration                      //查看IRF的端口信息
 MemberID NewID    IRF-Port1                     IRF-Port2
 1        1        disable                       Ten-GigabitEthernet1/0/49
 2        2        Ten-GigabitEthernet2/0/49     disable

上述各字段含义如下:

<SW1>dis irf topology                      //查看IRF的拓扑信息
                              Topology Info
 -------------------------------------------------------------------------
               IRF-Port1                IRF-Port2
 MemberID    Link       neighbor      Link       neighbor    Belong To
 1           DIS        ---           UP         2           2c63-c480-0300
 2           UP         1             DIS        ---         2c63-c480-0300

<SW1>dis mad verbose     //查看当前MAD的状态信息
Current MAD status: Detect
Excluded ports(configurable):
Excluded ports(can not be configured):
  Ten-GigabitEthernet1/0/49
  Ten-GigabitEthernet2/0/49
MAD ARP disabled.
MAD ND disabled.
MAD enabled aggregation port:
  Bridge-Aggregation2
  Bridge-Aggregation3
MAD BFD disabled.

<SW1>dis link-aggregation verbose     //查看LACP的链路聚合信息
Loadsharing Type: Shar -- Loadsharing, NonS -- Non-Loadsharing
Port Status: S -- Selected, U -- Unselected, I -- Individual
Flags:  A -- LACP_Activity, B -- LACP_Timeout, C -- Aggregation,
        D -- Synchronization, E -- Collecting, F -- Distributing,
        G -- Defaulted, H -- Expired

Aggregate Interface: Bridge-Aggregation2
Aggregation Mode: Dynamic
Loadsharing Type: Shar
System ID: 0x8000, 2c63-c480-0300
Local:
  Port             Status  Priority Oper-Key  Flag
--------------------------------------------------------------------------------
  GE1/0/1          S       32768    1         {ACDEF}
  GE2/0/1          S       32768    1         {ACDEF}
Remote:
  Actor            Partner Priority Oper-Key  SystemID               Flag
--------------------------------------------------------------------------------
  GE1/0/1          2       32768    1         0x8000, 2c63-d3d2-0500 {ACDEF}
  GE2/0/1          3       32768    1         0x8000, 2c63-d3d2-0500 {ACDEF}

Aggregate Interface: Bridge-Aggregation3
Aggregation Mode: Dynamic
                  .....................//省略部分内容

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