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综合应用分析

下一节:Cisco实际设备网络构建与配置

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综合应用分析课程教案、知识点、字幕

大家好

到现在为止 我们已经完成了所有内容的学习

为了帮助大家树立完整的 整体的网络体系结构的概念

今天通过一个实际的网络应用的实现过程

深入分析应用层消息的封装过程

和两个应用进程之间数据的交互过程

再分析应用层协议之间的关系

特别是DHCP协议和DNS协议

与其它应用层协议之间的关系

今天的内容这样安排

首先简单介绍一下实际网络应用的网络拓扑结构与配置

然后分析一下结点的体系结构和数据的交换过程

这是一个企业网

这个企业网有4个分散在不同地理位置的子网组成

每一个子网通过路由器连接到SDH网中

或者说由SDH互连不同子网上的路由器

然后这个网络通过路由器连接到互联网当中

假定这个网络中的终端A访问网络中的WEB服务器

终端A的网络信息是通过DHCP服务器来分配的

要访问的WEB服务器的域名是通过DNS服务器解析的

为了便于后面讲解

把涉及到终端A访问WEB服务器所要用到的设备留下

把其它的设备删去

并且用这样一个网络拓扑图表示

在这个网络拓扑图当中

路由器R1和R2分别连接两个不同的以太网

我们把它命名为LAN1和LAN2

路由器R2和路由器R1之间由SDH网络互连

然后在LAN1当中连接终端A DHCP服务器和DNS服务器

在LAN2当中连接着WEB服务器

现在要使得网络当中的终端A访问WEB服务器

必须把相应的网络和这些服务器进行相应的配置

假定LAN1分配网络地址192.1.1.0/24

分配这样一个网络地址以后

在LAN1中的终端服务器以及路由器的端口的

IP地址属于这个网络范围之内

假设给R1连接LAN1的端口1分配IP地址192.1.1.254/24

给DHCP服务器分配一个IP地址是192.1.1.1/24

然后给DNS服务器分配192.1.1.2/24

然后给SDH网络分配网络号是192.1.2.0/24

因此路由器R1和R2连接SDH的两个端口的IP地址

就可以进行分配了

假设分配这样两个IP地址

在LAN2当中 连接的WEB服务器

假设LAN2分配的网络号是192.1.3.0/24

给路由器R2和WEB服务器分别分配IP地址

WEB服务器的IP地址为192.1.3.1/24

这样一个IP地址

而路由器R2的端口2的IP地址是192.1.13.254/24

对路由器的端口分配IP地址信息以后

相应的路由器的路由表就有相应的值连路由项

比如路由器R1 直连了两个网络

相应就生成了两项直连路由项

路由器R1的端口1和2分配了IP地址以后

这两个直连路由项就直接生成了

对于路由器R1来说

LAN2不是直连的

它应该生成这样一个路由项

就是到达网络LAN2的下一跳应该是

R2的端口1的IP地址192.1.2.2

这样一个IP地址

这是路由器R1的路由表

同样的道理

可以得出路由器R2的路由表

在这个网络当中

DHCP服务器需要分配给LAN1当中的终端

和其它的终端A等终端分配IP地址信息

比如刚才要求的终端A需要由DHCP服务器来

分配相应的网络信息的

因此 在DHCP服务器当中

要配置相应的信息

假设分配IP地址的范围为192.1.1.6到192.1.1.253

默认网关地址是192.1.1.254

默认网关地址和路由器R1的端口1的IP地址是相同的

这个IP地址作为LAN1的当中的终端以及服务器的默认网关地址

本地域名服务器配置的是192.1.1.2

和DNS服务器的IP地址是相同的

这是网络的配置信息

DNS服务器里要配置对WEB服务器的www.a.com

这个域名的解析

它的地址是WEB服务器的IP地址192.1.3.1

网络的拓扑结构以及它的配置信息已经配置好了

终端A就可以访问WEB服务器了

终端A访问WEB服务器时网络互相通信的话

网络是一个非常复杂的系统

前面讲过

网络的实现过程是分层完成的

大家有没有想过分层是体现在什么地方呢

是一个节点一层还是一个节点包含几层呢

在前面的学习过程当中

有些同学可能会有这样一些误会

可能理解为这个节点完成一层那个节点完成一层

那么 实际上

分层是体现在每一个节点当中

每一个节点的功能都分成若干层完成

比如前面讲过

现在的互联网的分层是通过TCP/IP体系结构完成的

分成了应用层 传输层 网际层和网络接口层

对于终端A来说

它是因为连接在以太网当中

因此终端A还有一部分功能由MAC层和物理层完成

所以终端A分层网络的功能应该分成这些层来完成

因为终端A是直接和用户打交道的

因此它应该有应用层

应用层是用户和网络打交道的唯一接口

对于终端A来说

应用层怎么来实现的呢

用什么软件实现应用层的功能呢

主要包括三个方面

一个是浏览器

让用户输入需要的信息

这是常用的IE浏览器

当然也可以用其它的浏览器

然后还应该有DNS客户端和DHCP客户端

这两个客户端在Windows操作系统当中的服务里找到

DNS客户端和DHCP客户端主要是完成

DHCP地址信息的注册以及修改

DNS是保存 缓存和解析的DNS系统的名称

这是终端A的应用层 它由这样三部分完成

它的传输层是由TCP组件和UDP组件完成

网际层是由一个IP组件完成

IP over以太网也就是网络接口层由ARP组件完成

这三个组件都包含在操作系统的

Internet协议版本4 TCP/IPv4这样一个组件当中

这是组件在网络的属性配置中可以找到

如果卸载这个组件 这个组件没有的话

计算机就没法上网了

这是前面几层的完成

对于终端A来说 因为连接在以太网当中

还应该完成MAC层和物理层的功能

MAC层和物理层的功能是由网卡驱动程序和网卡完成的

网卡是要安装在终端上的

网卡驱动可以在本地连接的属性配置中找到

也就是说一定要安装驱动 终端才能上网

这是终端A

对于路由器来说

它不是直接面向用户的

它是互连两个不同类型的网络

所以路由器没有应用层 也没有传输层

路由器是从网际层开始

网际层以下的功能层都要具备

网际层下面还有网络接口层

网络接口层下面还有专门的端口连接具体的网络

那么还有完成每个网络的封装以及传输的功能

比如对于以太网 它应该有以太网的接口

它这个怎么来实现呢

对于现在的这个路由器来说

一个端口连接以太网

一个端口连接SDH网

网际层由一个IP模块完成

IP over以太网接口由IP over以太网模块完成

IP over SDH接口由IP over SDH模块完成

连接以太网的MAC层和物理层有一个以太网接口模块

这是一个实际模块的照片

然后连接SDH网有一个SDH接口模块

这也是一个实际的连接SDH网络的模块

大家还记不记得 在PT软件当中

配置路由器的物理界面的选项卡当中

左边有这么一列模块供选择

也就是说 路由器当中选择不同的模块

路由器可以和不同的网络连接

比如在左边的众多模块当中

选择其中的这样一个模块

这个模块的名字为NM-1FE-TX

这个模块就可以连接以太网

如果选择HWIC-2T这个模块

就可以和SHD网相连

这就是左边这一列模块的选择

对路由器的配置就是这样

还有一个节点是服务器

服务器的体系结构和客户端的结构的区别主要在应用层

不同的服务器的应用层可能不一样

它的应用软件不一样

比如前面讲的WEB服务器

如果这个服务器是作为WEB服务器使用的话

在应用层就必须安装WEB服务器软件

如果服务器是DNS服务器

那么应用层必须安装DNS服务器软件

如果服务器是DHCP服务器

应用层必须安装DHCP服务器软件

其它的各层和前面介绍的终端A是相同的

通过刚才的介绍

每一个节点的体系结构都有相应的实体完成

这个实体可以是软件 也可能是硬件

也就是说这个节点如果在网络中正常的工作

必须要包含这么多模块所对应的实体

也就是相应的软件和硬件都应该安装上去

如果没有安装完整的这些软硬件实体

终端或服务器就无法和网络中其它设备交互

这是网络当中每一个节点的体系结构

完整地和前面的内容串接起来了

这些配置和体系结构所对应的实体安装好了以后

终端A访问WEB服务器就可以进行了

终端A访问WEB服务器可以分成这么几个过程

第一个是自动配置网络信息的过程

第二个是域名解析过程

第三是TCP连接建立过程

第四是HTTP请求和响应的过程

最后是TCP连接释放的过程

在连接过程之前

终端A要自动获取IP地址

是由DHCP服务器给它分配的

在上网之前还要做一个配置

在网络配置里面 选择自动获得IP地址

这样一个选项

配置了这个以后

终端A启动以后就会进入这样一个过程

我们现在把终端A访问WEB服务器过程当中所交互的节点

全部列在这里

主要包括终端A DHCP服务器 DNS服务器

路由器R1 R2和WEB服务器

首先自动获取网络信息的过程

由终端A和DHCP这样几个交互过程

下面看一下这个交互过程的信息封装过程

首先终端A发送一个DHCP发现报文

下面列出了报文发送过程当中重要的信息

这些信息包括帧类型 源MAC地址 目的MAC地址

源IP地址 目的IP地址以及协议的类型

还有源端口号 目的端口号以及净荷内容

终端A发送DHCP发现报文的时候

应用层消息包括DHCP发现类型和终端A的MAC地址

即终端A的标识符

把这样一个应用层消息通过传输层进行封装

加上UDP报文的首部

然后再传输到网际层

网际层加上IP分组的首部

封装成IP分组

这个IP首部有源IP地址和目的IP地址

因为终端A没有IP地址

因为不知道DHCP的IP地址

因此源IP地址是全0

目的IP是广播地址 是全1

封装成IP分组以后

要在以太网中传输 还要封装成MAC帧

MAC帧当中要有源MAC地址和目的MAC地址

源MAC地址是知道的 是MAC A

目的MAC地址是不知道的

采用广播的方式 是全1

封装成这样一MAC帧以后

传输给DHCP服务器

DHCP服务器接收到发现报文以后

回送一个DHCP提供报文

这个提供报文是数据的净荷字段

是有终端A的MAC地址以及服务器的标识符IP地址信息

还有给终端A预分配的IP地址信息

然后通过服务器的传输层封装成UDP报文

然后通过服务器的网际层封装成IP分组

这个IP分组里面的源IP地址是服务器的IP地址

因为终端A没有分配IP地址

所以目的地址还是个广播地址

然后再封装成MAC帧

因为要在以太网当中传输

那么MAC帧的源MAC地址是服务器的MAC地址

目的MAC地址也是全1

最后 帧的类型是MAC帧

终端A接收到这样一个提供报文以后

发送一个请求报文

然后这个请求报文也是通过这样一层层的封装

封装的过程中

终端A的IP地址和目的IP地址都是采用广播的形式

广播是让有可能有多个DHCP服务器时

其它DHCP服务器也接收到它采用了这个DHCP服务器

给它IP地址的这样一个信息

告诉其它的DHCP服务器

同样 目的MAC地址也是广播地址

最后DHCP服务器发送一个响应报文

在这个响应报文里面

真正地给它分配一个IP地址

这个封装的过程不再详细说了

通过终端A和DHCP服务器之间的数据交换过程

终端A就获得了相应的网络信息

信息中有IP地址 192.1.1.6

默认网关是192.1.1.254

DNS服务器的IP地址是192.1.1.2

这个时候看到终端A已经有IP地址

这个时候 终端A访问WEB服务器

就在浏览器输入WEB服务器的域名

域名是www.a.com

输入域名以后

域名就要通过解析

这个解析就由DNS服务器解析

下面看一下终端A和DNS服务器之间的数据交互过程

我们刚刚看到的是 只知道DNS服务器的IP地址

并不知道DNS服务器的MAC地址

因此首先要进行ARP请求的过程

也就是地址解析过程

把DNS服务器的IP地址解析成DNS服务器的MAC地址

然后才进行DNS的域名解析过程

下面我们看一下 在这个解析过程当中

数据消息的封装过程

首先是终端A给DNS服务器发送一个ARP请求

解析IP地址

然后直接封装成一个MAC帧

然后DNS服务器发送一个ARP响应

把DNS服务器的IP地址转换成MAC地址发送给终端A

终端A就获取了DNS服务器的MAC地址

接下来终端A给DNS服务器发送一个DNS解析请求报文

这个报文里面

终端A把解析报文的类型也就是DNS解析请求

然后把WEB服务器的域名封装成净荷内容

然后经过传输层 网际层分别封装成UDP报文和IP分组

然后再封装成MAC帧

再传输给DNS服务器

然后DNS服务器给终端A发送一个DNS解析响应报文

在这个报文里面

就给出了WEB服务器域名所对应的IP地址信息

那么这个封装的过程就不再详细说了

这是域名解析过程

通过域名解析

终端A获取了WEB服务器的IP地址了

接下来就进入了TCP连接建立过程

在TCP连接建立过程当中

要经过的设备是很多的

首先经过默认网关路由器R1

然后经过R2和WEB服务器

所以首先要把默认网关地址通过ARP

转换成MAC地址 也就是ARP请求和ARP响应

就是终端A和R1之间

然后把TCP连接建立请求传输给路由器1

路由器R1把请求传输给路由器R2

通过SDH网络的点对点信道直接传输给R2

R2到WEB服务器之间

因为IP分组当中只有WEB服务器的IP地址

并没有WEB服务器的MAC地址

因此路由器R2也要经过ARP

获得WEB服务器的MAC地址

然后把TCP连接请求传输给WEB服务器

最后WEB服务器把TCP连接建立的响应

逐步从R2 R1传输给终端A

这是TCP连接的建立过程

那么TCP连接建立以后

就可以进入HTTP请求和响应的过程

因为数据的封装过程前面已经讲了

后面的封装过程基本上是类似的

所以它的详细过程不再讲了

我们来看一下HTTP请求和响应的过程

首先终端A把HTTP请求封装成MAC帧的形式

发送给路由器R1

因为这个时候终端A已经有R1的MAC地址了

然后路由器R1再发送给R2

然后R2再发送给WEB服务器

因为R2也保存了WEB服务器的MAC地址

然后WEB服务器把HTTP响应通过R2 R1

再发送给终端A

HTTP建立响应完成后

接下来数据传输完成后

要进行TCP连接释放过程

这个释放过程有这么几步

首先是终端A发送TCP连接释放请求给R1

然后路由器R1再发送给R2

R2再发送给WEB服务器

然后WEB服务器把TCP连接释放响应通过R2 R1

发送给终端A

前面讲过

WEB服务器也可以给终端发送数据

所以当WEB服务器结束了数据的传输以后

WEB服务器也要发送一个TCP连接释放请求

再通过路由器R1 R2发送给终端A

然后终端A再给WEB服务器发送TCP连接释放响应

到此为止 就完成了整个的数据交换过程

通过刚才的内容

我们详细地介绍了

实际的企业网络中终端A到WEB的数据传输交互过程

终端和服务器的协议的体系结构主要由这几个部分组成

终端和服务器的协议的体系结构主要由这几个部分组成

一个是应用层软件

还有是操作系统

操作系统包含IP组件 UDP组件以及网络接口层的组件

还有我网卡和网卡驱动程序

路由器的协议体系结构由这两个部分组成

一个是操作系统 一个是接口模块

终端访问WEB服务器的过程就是多种协议分工协作的过程

刚才内容中的数据传输过程当中

涉及到ARP协议 DHCP协议 DNS协议等

这些协议相互协调使得网络有条不紊地工作

网络技术与应用课程列表:

先导语

-课程先导语

--先导语

第1讲 概论

-1.1 网络内涵

--网络内涵

-1.2 互联网发展过程

--互联网发展过程

-1.2 互联网发展过程--作业

-1.3 交换方式

--电路交换

-- 虚电路交换

--数据报交换

--三种交换方式比较

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-1.3 交换方式--作业

-1.4 计算机网络体系结构和协议

--分层结构

--网络体系结构与协议

--OSI体系结构

--TCP/IP体系结构

-1.4 计算机网络体系结构和协议--作业

-第一讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第2讲 数据通信基础

-本讲内容简介

--2.0 数据通信基础

-2.1 数据传输系统

--2.1 数据传输系统

-2.1 数据传输系统--作业

-2.2 信号

--2.2 信号

-2.2 信号--作业

-2.3 编码和调制

--2.3-1 编码

--2.3-2 调制

-2.3 编码和调制--作业

-2.4 差错控制

--2.4-1 差错控制—检错码

--2.4-2 差错控制—确认和重传

-2.4 差错控制--作业

-2.5 传输媒体

--2.5 传输媒体

-2.5 传输媒体--作业

-2.6 Packet Tracer6.2使用说明

--2.6 Packet Tracer6.2使用说明

-第二讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第3讲 以太网

-以太网发展过程与内容简介

--3.1 以太网发展过程和本讲内容简介

-以太网发展过程与内容简介--作业

-3.1 总线形以太网

--3.1-1 总线形以太网基础

--3.1-2 基带传输与曼彻斯特编码

--3.1-3 数据帧封装格式:mac帧

--3.1-4 CSMA/CD算法

--3.1-5 CSMA/CD算法缺陷

-3.1 总线形以太网--作业

-3.2 网桥与冲突域分割

--3.2-1 网桥与冲突域分割

--3.2-2 网桥工作过程演示

-3.2 网桥与冲突域分割--作业

-3.3 交换式以太网与VLAN

--3.3-1 VLAN与广播域分割

--3.3-2 单交换机VLAN划分过程

--3.3-3 跨交换机VLAN划分

--3.3-4 跨交换机VLAN划分配置过程演示

-3.3 交换式以太网与VLAN--作业

-3.4 以太网标准

--3.4 以太网标准

-3.4 以太网标准--作业

-第三讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-案例设计

--案例设计

-测验--作业

第4讲 无线局域网

-本讲内容简介

--无线局域网

-4.1 无线局域网概述

--4.1-1 无线数据传输

--4.1-2 无线局域网体系结构

-4.1 无线局域网概述--作业

-4.2 无线局域网应用方式

--4.2 无线局域网组网方式

-4.2 无线局域网应用方式--作业

-4.3 无线局域网MAC层

--4.3-1 无线局域网的MAC帧

--4.3-2 DCF和CSMA/CA

-4.3 无线局域网MAC层--作业

-4.4 终端接入无线局域网过程

--4.4 终端接入无线局域网过程

-4.4 终端接入无线局域网过程--作业

-4.5 无线局域网设计和分析

--4.5-1 无线局域网设计

--4.5-2 无线局域网设计演示实验

-第四讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第5讲 IP和网络互连

-本讲内容简介

-- IP与网络互连

-5.1 网络互连机制

--5.1 网络互连机制

-5.1 网络互连机制--作业

-5.2 网际协议

--5.2-1 IP-分类编址

--5.2-2 IP-无分类编址

--5.2-3 IP-分组格式

-5.2 网际协议--作业

-5.3 IP分组传输过程

--5.3 IP分组传输过程

-5.3 IP分组传输过程--作业

-5.4 路由表建立过程

--5.4-1 人工配置静态路由项

--5.4-2 路由协议与动态路由项

-5.4 路由表建立过程--作业

-5.5 IP over以太网

--5.5 IP Over以太网

-5.5 IP over以太网--作业

-5.6 三层交换机与VLAN间通信过程

--5.6-1 多端口路由器实现VLAN间通信过程

--5.6-2单臂路由器实现VLAN间通信过程

--5.6-3 三层交换机实现Vlan间通信过程

--5.6-4 三层交换机实现VLAN间通信过程演示实验

--5.6-5 互联设备之间的区别

-5.7 Internet控制报文协议

--5.7 Internet控制报文协议

-5.7 Internet控制报文协议--作业

-第五讲内容启示

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-案例设计

--案例设计

-例题分析

--5.9-1 例题分析1

--5.9-2 例题分析2

--5.9-3 例题分析3

-测验--作业

第6讲 Internet接入技术

-本讲内容简介

--本讲内容简介

-6.1 Internet接入控制机制

--6.1 Internet接入控制机制

-6.1 Internet接入控制机制--作业

-6.2 以太网和ADSL接入技术

--6.2-1 通过以太网接入Internet过程

--6.2-2 通过ADSL接入Internet过程

-6.2 以太网和ADSL接入技术--作业

-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器

--6.3-1 家庭局域网接入方式

--6.3-2 家庭无线路由器的配置

-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器--作业

-6.4 接入综合演示实验

--6.4 接入综合演示实验

-6.4 接入综合演示实验--作业

-第六讲内容的启示

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-例题分析

--第六讲 例题分析

-测验--作业

第7讲 传输层

-本讲内容简介

--传输层

-7.1 传输层服务特性

--传输层服务特性

-7.1 传输层服务特性--作业

-7.2 端口号

--端口号

-7.3 用户数据报协议UDP

--用户数据报协议UDP

-7.3 用户数据报协议UDP--作业

-7.4 传输控制协议TCP

--TCP特点和格式

--建立和释放连接过程

--TCP差错控制机制

--TCP拥塞控制机制

-- TCP的几点说明

-7.4 传输控制协议TCP--作业

-第七讲内容启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第8讲 应用层

-本讲内容简介

-- 应用层

-8.1 应用结构

--应用结构

-8.1 应用结构--作业

-8.2 域名解析

--8.2-1 域名结构与资源记录

--8.2-2 域名解析过程

--8.2-3 DNS演示实验

-8.2 域名解析--作业

-8.3 动态主机配置协议

--8.3-1 动态主机配置协议

--8.3-2 DHCP无中继演示实验

--8.3-3 DHCP中继演示实验

-8.3 动态主机配置协议--作业

-8.4 万维网

-- 万维网

-8.4 万维网--作业

-8.5 电子邮件

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-8.6 文件传输协议

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-例题分析

--例题分析

-案例设计

--CH8 案例设计

-应用层启示

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-测验--作业

第9讲 网络安全

-本讲内容简介

--9.0 网络安全内容简介

-9.1 网络安全概述

--9.1-1 网络安全现状与目标

--9.1-2 网络攻击举例

--9.1-3 DHCP欺骗攻击演示实验

-9.1 网络安全概述--作业

-9.2 网络安全基础

--9.2-1 数据加密

--9.2-2 报文摘要和数字签名

-9.2 网络安全基础--作业

-9.3 病毒检测与防御技术

--9.3 病毒检测与防御技术

-9.3 病毒检测与防御技术--作业

-9.4 以太网安全技术

--9.4-1 以太网安全技术

--9.4-2 防DHCP欺骗演示实验

-9.4 以太网安全技术--作业

-9.5 无线局域网安全技术

--9.5 无线局域网安全技术

--9.5-2 无线局域网安全演示实验

-9.5 无线局域网安全技术--作业

-9.6 防火墙

--9.6-1 无状态分组过滤器

--9.6-2 有状态分组过滤器

-9.6 防火墙--作业

-9.7 安全协议

--9.7 安全协议

-9.7 安全协议--作业

-例题分析

--例题分析

-防火墙演示实验

-- 防火墙演示实验

-案例设计

--案例设计

-网络安全的启示

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-测验--作业

附录

-附录1:综合应用分析

--综合应用分析

-附录2:Cisco实际设备网络构建与配置

--Cisco实际设备网络构建与配置

期末考试

-期末考试--考试试题

综合应用分析笔记与讨论

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