MultiProtocol Label Switching:MPLS

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1 IP de calidad MultiProtocol Label Switching:MPLS Juan Blázquez Martín El axioma biológico de que la necesidad crea el órgano no es principio que se pueda aplicar totalmente a Internet. Bien al contrario, es Internet, el órgano, quien, una vez creado, genera una voraz necesidad. El éxito rápido y desmesurado que ha tenido este nuevo medio de comunicación lleva aparejada una demanda creciente, continúa y exigente de nuevos servicios y posibilidades de conexión que la tecnología en la que se apoya da respuesta a marchas forzadas. En los comienzos de Internet, se primó en su diseño la funcionalidad y conectividad frente a cualquier otra consideración y el tráfico de paquetes que viaja por Internet se basa en ser procesado en cuanto sea posible, según las circunstancias de la red, sin ninguna garantía sobre el propio proceso, ni cuando tendrá lugar ese tratamiento. La tecnología que gira en torno a IPV4, por diseño, no es capaz de asimilar ni responder a las expectativas que hoy por hoy se han generado en la red de redes, circunstancia que sufren y padecen en mayor medida los proveedores de servicios que basan su negocio en proporcionar los medios de conexión necesarios. Una vez que, al amparo del crecimiento espectacular de Internet, TCP/IP se impuso como modelo de red frente a otros protocolos, también ampliamente implantados, los proveedores de servicio optaron por el despliegue en sus infraestructuras de la combinación de enrutadores IP con conmutadores ATM para obtener un mejor aprovechamiento del ancho de banda y recursos de red disponibles. La integración de la capacidad de control sobre el tráfico de red que proporciona los routers en IP y la eficacia de los conmutadores sobre ATM proporcionaba el equilibrio adecuado entre las necesidades de crecimiento, velocidades de operación y gestión de tráfico a las que se enfrentaban los proveedores, a mediados de la década pasada. El modelo más seguido para implementar esta combinación consiste en mantener un enlace troncal, a modo de núcleo, basado en ATM entre distintos enrutadores que se comunican entre ellos estableciendo circuitos virtuales permanentes sobre la red física que establece ATM. Es decir, sobre una red física, ATM, se define una red lógica, IP. Si bien esta integración de los niveles dos y tres que se logra con IP sobre ATM, ofrece un conjunto de ventajas atractivas, también es cierto que conlleva una serie de inconvenientes que hacen que no sea la solución perfecta Sin lugar a dudas el modelo de redes de superposición, redes como las descritas, supuso un avance significativo frente a las redes de enrutamiento con las que surgió Internet, pero si bien esta integración de los niveles dos y tres que se logra con IP sobre 10/12/2005 Valor añadido Danysoft Página 1.8

2 ATM, ofrece un conjunto de ventajas atractivas, también es cierto que conlleva una serie de inconvenientes que hacen que no sea la solución perfecta para los problemas que plantea la evolución continua en la demanda y calidad de servicios que soporta La Red. La velocidad y la rentabilidad económica del ancho de banda gestionado quedan ensombrecidas por el esfuerzo de administración que obliga a realizar implementar dos redes, una física y otra lógica. El desperdicio en el transporte que conlleva, por su propia naturaleza, IP en ATM. Y, el más importante, el crecimiento exponencial, que no lineal, en routers que implica la inclusión de más nodos dentro de la topología extendida, en lo que se ha dado en llamar el problema N2. Este problema plantea la más seria limitación a la que se enfrentan los proveedores de servicios para intentar ampliar sus posibilidades de negocio. En las redes de superposición, cada router de núcleo está normalmente conectado a otros dos para crear toda la trama que requieren los circuitos virtuales. Esto obliga a tener que incorporar routers en función del número de nodos que se quieran ampliar, pero al cuadrado. Por ejemplo, diez routers troncales necesitan establecer cincuenta circuitos virtuales. Sin embargo, cien canales troncales requieren cinco mil circuitos virtuales. Un poco de orden Ante esta perspectiva, a finales de los 90, varios fabricantes especializados en conectividad trataron de ofrecer una mejor solución apoyándose en la filosofía de operación de este modelo, tratando de aprovechar la infraestructura ya desplegada y ofreciendo, en algunos casos, otras alternativas de conexión física. Cada fabricante aportó su propia técnica en lo que se dio en llamar Conmutación IP o Conmutación Multinivel, tecnología que se basa en combinar la conmutación de la capa 2 de ATM con la capa 3 de enrutado, asignando una etiqueta por flujo de paquetes con un origen y destino. El conmutador procesa los paquetes iniciales pasándolos por un módulo de enrutado clásico que forma parte del propio switch, a la vez que trata de construir una tabla en base a las etiquetas y que comunicará a otros conmutadores vecinos o routers, de modo que los paquetes que sigan un camino conocido puedan ser conmutados más rápidamente por la etiqueta, sin necesidad de ser procesados por la dirección IP. Cada empresa, de forma independiente, daba respuesta, a su manera, a las expectativas que se pretendían cubrir con el modelo TCP/IP de partida. Estos desarrollos aportaron soluciones, pero trajo consigo el eterno problema de toda comunicación: entendimiento. Los dispositivos diseñados por un fabricante sólo podían operar con otros que tuvieran la misma manufactura, no había posibilidad de interconexión entre componentes de distintos Tecnología emergente El grupo de trabajo del IETF encargado de fijar las directrices que seguirán los fabricantes para implementar ésta tecnología, hasta el momento sólo ha dictado una RFC, Resquest For Comment, la 2702, Requerimientos para la ingeniería del tráfico sobre MPLS. Pero hay casi una treintena de borradores sobre los que se están trabajando para fijar topologías, protocolos, gestión, monitorización y otros aspectos que conformarán el nuevo estándar. Por definición MPLS tiene que soportar distintos protocolos además de IP, tanto en su versión 4 como en la nueva implementación denominada versión 6. Así tiene que dar soporte a IPX y Appletalk y en lo que se refiere a la capa de enlace ha de ser capaz de trabajar sobre Ethernet, Token Ring, FDI, ATM, Frame Relay y PPP. Igualmente, resulta esencial sus posibilidades para trabajar con cualquier protocolo de control de las capas superiores. Los resultados definitivos no sólo afectarán a la tecnología de enlace. Los nuevos servicios que hoy se demandan, como pueden ser las Redes Privadas Virtuales, VPNs, voz sobre IP o servicios de multiemisión, y los que puedan diseñarse en el futuro, dependerán en gran medida de la capacidad que pueda desplegar MPLS. Con total seguridad, está tecnología traerá consigo nuevos protocolos, como ya ocurre con RSVP y LDP, y la remodelación de otros ya existentes que permitirá evolucionar a Internet. 10/12/2005 Valor añadido Danysoft Página 2.8

3 fabricantes, lo que provocó el inevitable babel en la operatividad interredes. La imperiosa y manifiesta necesidad de establecer un estándar que normalizara el nuevo procedimiento para el tráfico de red, claramente más eficaz que el tradicionalmente utilizado, originó la intervención del IETF, Internet Engineering Task Force, que ha formado el grupo de trabajo MPLS Traffic Engineering Design Group, que se encargará de fijar las bases del patrón de esta emergente tecnología. La verdadera responsabilidad de este grupo de trabajo es lograr resolver el paradigma que plantea el reenvío de paquetes por conmutación de etiquetas, tratando de conseguir para ello que los procedimientos estándar para acarrear la información de etiqueta funcione no sólo sobre ATM si no sobre distintas tecnologías de enlace de datos sin que suponga la incompatibilidad con la arquitectura IP que ya existe desplegada y que se desarrolle preparada para incorporarse dentro de los servicios integrados para Internet en los que están trabajando otros grupos del IETF. Funcionamiento En la arquitectura de la conmutación de etiquetas entran en juego dos aspectos. Por una parte el reenvío y por otra el control. En el reenvío se utiliza la información de etiqueta que transportan los paquetes y la información para encauzar ese reenvío que mantiene el switch, conmutador, de etiqueta para realizarlo. En el control, se trata de mantener la información de etiquetas entre un grupo de conmutadores que manejan esta forma de trabajo, porque las etiquetas se pueden asociar a rutas lo que permite crear rutas de etiquetas conmutadas, lo que se denomina LSP, Label-Switched Paths. Estos caminos virtuales son simplex, se generan en un sentido del tráfico para cada punto de entrada en la red, por lo que su categoría de duplex se debe conseguir generando otro LSP en sentido contrario. Cada ruta de conmutación de etiquetas se construye enlazando los conmutadores de etiquetas, a través del dominio de MPLS. Cuando un switch de etiqueta recibe un paquete etiquetado, el conmutador utiliza la información de esa etiqueta como un índice para buscar en la base de información de etiquetas que mantiene, conocida como TIB, abreviatura de Tag Information Base, para localizar una entrada igual. Cuando localiza un registro en su base que se ajusta a la información recibida en la marca de entrada, modifica esa información sustituyéndola con una nueva etiqueta de salida y reenvía el paquete por el interfaz de salida asociado a la etiqueta entrante. Estas tablas se construyen con la información sobre rutas que proporciona el componente de control que se aprovecha de los protocolos tradicionales que se ocupan de estos menesteres, como puede ser OSPF. Según esta forma de trabajo, el procedimiento de reenvío, basado en una pequeña marca de longitud fija que actúa como índice, se simplifica sensiblemente obteniendo una mayor tasa de paquetes enviados El componente de control se encarga de crear uniones de etiquetas y distribuir esa información entre los switches de etiqueta y esta función de router se llevan a cabo con los protocolos tradicionales de enrutamiento, como ya se ha comentado, con las que se construyen y mantienen las tablas de rutas, base de información de reenvío, FIB, acrónimo de Forwarding Information Base. El conmutador opera realmente como un router. Eso sí, especializado en despachar paquetes etiquetados por MPLS. 10/12/2005 Valor añadido Danysoft Página 3.8

4 Según esta forma de trabajo, el procedimiento de reenvío, basado en una pequeña marca de longitud fija que actúa como índice, se simplifica sensiblemente obteniendo una mayor tasa de paquetes enviados. Esa simplicidad en el reenvío, también, hace que se pueda implementar directamente a nivel hardware con lo que no es necesario añadir inteligencia al dispositivo. Hay que considerar que los conmutadores de etiqueta no analizan la cabecera IP, no lo necesitan. Basta con que procesen la etiqueta de entrada para reemplazarla por la nueva de salida, según la tabla de conmutación de etiquetas que manejan. Si el paquete sale del dominio de MPLS, no existen problemas de incompatibilidad, el conmutador quita la etiqueta y reenvía el paquete por el enrutado de TCP/IP convencional. Asimismo, la información de etiqueta puede ser transportada de distintas formas, como un encabezado entre las capas de enlace de datos y red, como parte de la capa dos o como parte del encabezado de la capa de red, lo que permite que esta técnica pueda ser implementada sobre cualquier medio de transmisión, no forzosamente ATM, porque el algoritmo de MPLS no se apoya en los protocolos de señalización y encaminamiento propios de ATM, utiliza el protocolo de reservación de recursos RSVP o el protocolo de distribución de etiquetas, LDP. Y en lo que se refiere al transporte, éste puede ser cualquiera, PPP, Frame Relay o LAN, ya que este protocolo dispone de capacidad propia para alojar información de etiqueta en prevención de que el nivel de enlace de datos de la tecnología empleada no tuviera espacio, campos, en donde definirla. Y, además, con esta estructura es perfectamente factible llevar tráfico de difusión multicast y no sólo unicast, tráfico dirigido a varios destinatarios y no forzosamente a uno sólo. Con este modo de funcionamiento, la infraestructura de red tiene una topología virtual de malla, en donde cada conmutador de etiquetas, router en definitiva, aparece a un salto respecto a los demás, gracias a los circuitos virtuales que los LSP mantienen. Los paquetes IP quedan totalmente ocultos en todo el trayecto que siguen dentro del dominio de MPLS. Así, servicios como voz sobre IP que no aceptan operar sobre muchos saltos en base al mejor esfuerzo debido a los retrasos que se introducen, podrán ahora ser factibles al quedar minimizados las demoras y reenvíos asociados con la trayectoria y condiciones de la red. MPLS elimina el routing? MultiProtocol Label Switching se le ha querido presentar como la panacea de la tecnología futura de Internet. Si bien su modo de funcionamiento asimila algunas de las funciones de la capa de transporte y de red, no podrá hacer que el enrutamiento IP clásico desaparezca, como se apuntaba en algunos foros. Existen diversos motivos para que sea así. Para empezar, será esta una tecnología a implantar sobre equipos intermedios y es poco probable que los equipos finales lo lleguen a implementar. Estos dispositivos seguirán enviando sus paquetes a otros dispositivos que serán los encargados de decidir si son enviados mediante su enrutado convencional o por medio de Trayectos Conmutados de Etiqueta, LSP. Si se optó por ésta última opción en el envío, en el destino, tendrá que haber algún dispositivo que sea capaz de quitar la cabecera de etiqueta y entregar la comunicación a la dirección IP especificada en el origen. Además, resulta materialmente imposible el mantenimiento de una relación de etiquetas y máquinas en un mundo tan amplio y cambiante como es Internet, por lo que las etiquetas que manejan los dispositivos de MPLS sólo pueden tener una consideración local. Son los dispositivos intermedios quienes tienen que tomar decisiones sobre el siguiente salto y para ello tendrán que seguir basándose en la dirección de red. 10/12/2005 Valor añadido Danysoft Página 4.8

5 Si se repara en otros aspectos que no sean la propia eficiencia del tráfico de red, si desapareciera el enrutado IP habría que cambiar por completo si no la filosofía si el modo de trabajar de algunas clases de dispositivos, como pueden ser los cortafuegos o firewalls. Este equipamiento de red realizan una función de aduana para las redes corporativas examinando la cabecera de los paquetes IP y así poder aplicar las reglas de filtrado que se han definido, requisito imprescindible para poder securizar una red y administrar los servicios disponibles en ella con las mínimas garantías. Y esto es así porque el apoyo que brinda MPLS a QoS, Quality of Service, es inmejorable. Mediante la conmutación de etiquetas se pueden marcar fácilmente los paquetes como pertenecientes a una clase particular cuando se forma, realizando la clasificación con la información que proporcionan los protocolos de nivel superior. Con esta clasificación inicial ya no es necesario que los enrutadores de conmutación de etiquetas tengan que reclasificar los paquetes a cada salto, con lo que la Calidad de Servicio se configura basándose en enlace y no en las conexiones virtuales, simplificando significativamente la reserva de recursos en el enlace troncal, en donde se puede integrar directamente. Esto hace que su soporte para la calidad de servicio brinde a los proveedores la oportunidad de ofertar a sus clientes niveles diferenciados para usuarios finales y empresas, garantizando anticipadamente en ambos escenarios el rendimiento necesario que pudieran demandarse. MPLS permite asignar QoS a los flujos de paquetes de forma que cuando éstos entran en el área de influencia de este protocolo, reciben la manipulación específica que garantice un tráfico predecible, independizándolo de la poco fiable asignación arbitraria que se puede generar en los bordes de la red. Nuevos protocolos Para que MultiProtocol Label Swit pueda desempeñar mejor su función, se han definido un conjunto de protocolos que lo apoyan. RSVP, Protocolo de Reservación de Recursos (Resource ReSerVation Protocol), y LDP, Protocolo de Distribución de Etiquetas (Label Distribution Protocol). El primero de estos protocolos, RSVP, está orientado al control de la red, permitiendo que los programas que se han de ejecutar en Internet puedan obtener la calidad de servicio que sus flujos de datos puedan requerir, caracterizando esos torrentes de datos mediante sesiones que se procesaran de forma independiente. Los paquetes son intercambiados, entre los dispositivos que soportan este protocolo, con la información propia del programa que los genera junto con información sobre la reserva de recursos que ha de realizarse durante toda la trayectoria que han de seguir. Los dispositivos que ejecutan el proceso de RSVP utilizan un conjunto de mensajes con los que logran su propósito. LDP es, también, uno de los principales componentes de MPLS, ya que le proporciona los mecanismos adecuados para que los router de conmutación de etiquetas puedan localizar a sus homólogos y establecer la comunicación con ellos. Este protocolo contiene los procedimientos con los que se establecen las rutas virtuales usadas en la conmutación de etiquetas, el método para distribuir la información con la que se pueden establecer los circuitos virtuales en malla que caracteriza el enlace de los conmutadores. Para conseguirlo, utiliza una serie de mensajes que habilita a estos dispositivos a descubrirse, inicialmente, y mantener el contacto, posteriormente, en una comunicación orientada a la conexión, utilizando normalmente TCP. Como complemento a estos protocolos, existen actualmente desarrolladas extensiones en ambos que se utilizan como mecanismos de señalización para el tráfico de núcleo en la conmutación de etiquetas. CR-LDP y RSVP-TE son dos medios 10/12/2005 Valor añadido Danysoft Página 5.8

6 diferentes para alcanzar el mismo fin. Si RSVP-TE se propone como una extensión del protocolo RSVP para soportar distribución de etiquetas y rutas explícitas, CR-LDP es una ampliación de LDP para que soporte QoS y rutas explícitas. La necesidad de protocolos de señalización surge cuando se plantea requerir a MPLS la configuración de rutas explicitas o túneles. Que existan multitud de similitudes entre ambos protocolos, no ha impedido que se hayan generado dos bandos diferentes en los fabricantes de tecnologías de conectividad que apoyan a uno u otro como soporte MPLS en sus dispositivos de interconexión. Si bien el grupo de trabajo MPLS del IETF está sopesando ambas alternativas, parece que RSVP-TE está tomando preferencia entre los fabricantes y aquellos que apostaron inicialmente por CR-LDP lo están incorporando, ya que se acomoda mejor a la ingeniería de tráfico, es decir, a los mecanismos que permiten seleccionar una u otra ruta en función de obtener el mejor aprovechamiento del ancho de banda y recursos de conexión disponibles. Lo que aporta MPLS Este protocolo ha sido un verdadero cajón de sastre para los argumentos de venta de los fabricantes especializados en conectividad, presentándolo como la evolución de la arquitectura de IP sobre ATM, como el siguiente paso en técnicas de tunelación y, por supuesto, la solución casi definitiva al encaminamiento veloz de paquetes. Y es que el modo de trabajo de este estándar, que asimila uniformemente las funciones del nivel de transporte y de red, se presta a ello. Sin embargo, hay que encuadrar a este protocolo en donde realmente va a marcar un hito, en la manera de construir redes, que posibilitará servicios que hoy están disponibles a duras penas y, no menos importante, en la forma de administrarlas, que abrirá nuevas perspectivas en la obtención de esos servicios. Otra de las posibilidad que ya ofrece es la de poder disponer de un flujo de tráfico que implemente clases de servicio, según el modelo del IETF, para el que está especialmente dotado por diseño. En la tecnología actual desplegada en Internet, MPLS, por el actual estado de su desarrollo, tiene unos campos de aplicación más limitados que las expectativas que plantea. Su implantación más inmediata está en la gestión del tráfico de red de enlaces troncales, que la resuelve de forma más eficiente por velocidad y posibilidades de administración. Así es capaz de desviar, por iniciativa propia, el tráfico de rutas congestionadas por otros caminos más despejados, aunque estos no sean la trayectoria más corta, teniendo el administrador del sistema siempre la posibilidad de establecer rutas obligatorias o restringidas, que proporcionan, estas últimas, la posibilidad de dedicar determinados enlaces de forma exclusiva para servicios o clientes especiales a los que se puede garantizar la calidad de la conexión en cuanto a fluctuación, ancho de banda o retardo, por ejemplo. Los informes estadísticos sobre tráfico que también permite generar, se convierten en una poderosa herramienta para el análisis de la distribución de los recursos de red desplegados y en la anticipación de necesidades futuras para su adecuada planificación. Estas funciones no dejan de estar disponibles también en el enrutado IP pero ofrecidas con unas capacidades más pobres. Igualmente, con MultiProtocol Layer Switching, otra de las posibilidad que ya ofrece es la de poder disponer de un flujo de tráfico que implemente clases de servicio, según el modelo del IETF, para el que está especialmente dotado por diseño. La 10/12/2005 Valor añadido Danysoft Página 6.8

7 clasificación del tráfico de red en función de su naturaleza, mediante una etiqueta que marca la clase del servicio que lo provoca, permite que el flujo de paquetes que circula por la red pueda ser despachado atendiendo a la prioridad que se le asigne. Los dispositivos encargados de dirigir el torrente de paquetes pueden separar el tráfico generado por aquellas aplicaciones que el retardo y fluctuaciones resultan críticas de otras en las que estas circunstancias de la red no tienen un impacto tan importante. Así, los dispositivos dedicados a la interconexión pueden dar preferencia al tráfico portador de video, frente al que lleva mensajes de correo electrónico, por poner un ejemplo inmediato. Otro servicio que consigue el máximo beneficio posible en funcionalidad y rendimiento del actual desarrollo de MPLS es la implementación de Redes Privadas Virtuales, VPNs, tan en boga últimamente. Las VPNs, establecimiento de redes lógicas de carácter privado soportadas por una infraestructura de conexión de carácter público, se plantean, hoy por hoy, como la alternativa más factible, desde el punto de vista económico, para poder asumir el despliegue de una vasta red corporativa. Si bien las ventajas que ofrece esta forma de configurar el tráfico de red para los usuarios son incuestionables, para los operadores plantea una serie de inconvenientes que hace que sean algo reticentes en su ofrecimiento, si no disponen de los recursos materiales y humanos necesarios para su sostenimiento. Si la VPN se basa en el protocolo IPSec, su implementación no puede ser más sencilla pero no se puede diferenciar el tipo de tráfico ni se puede utilizar otro protocolo que no sea IP, con lo que la eficiencia y posibilidades de la red virtual pueden quedar mermadas. Puede, no obstante, implementarse la red lógica en un nivel más bajo, en donde se pueden ofrecer más garantías en la calidad del servicio, pero obliga a una gestión manual que complica las posibles variaciones que se produzcan y sus posibilidades de ampliación resultan problemáticas, similar a lo que ocurre cuando se plantea IP sobre ATM. Con MPLS, estos inconvenientes si no desaparecen si se reducen a su mínima expresión. En este nuevo protocolo, la VPN se monta sobre el proceso de intercambio de etiquetas, que es totalmente transparente para IP, y sobre este mecanismo ya es posible dotar a la red lógica de todas las características que pueda demandar cualquier infraestructura corporativa, por muy exigente que resulte, ya que el proveedor del servicio puede asumirlo de forma rentable. Esta nueva tecnología está llamada a ser la piedra angular sobre la que se construirá la futura Internet, habida cuenta de las enormes posibilidades que plantea para asumir los nuevos servicios, ritmo de utilización y crecimiento que se esperan en La Red. No se puede perder de vista la evolución que tenga MPLS por el impacto que representará en los dispositivos dedicados a la gestión de tráfico y por que su tecnología implica que servicios que su ofrecimiento hasta hoy eran inviable, serán, en breve, rentables y muy demandados. Calidad de Servicio (QoS) La cuestión de la calidad de servicio de la red, o dicho de otro modo, la capacidad que tiene la red de asumir el tráfico de aplicaciones sensibles a retardos en su circulación, que requieran un determinado ancho de banda y otros factores de flujo, se ha convertido en una prioridad para los responsables de redes WAN, que ven como este tipo tráfico es cada vez más frecuente en sus sistemas y el acceso a los enlaces de alta velocidad que aliviarían sus problemas alcanzan precios prohibitivos. Los responsables de red saben perfectamente que las redes basadas en enrutamiento de TCP/IP no pueden ofrecer las garantías adecuadas para la Calidad de Servicio que se demanda. Con MPLS el reto de los proveedores de servicios será la de convencer a esos clientes de que tienen la oportunidad de conectarse como si trabajaran sobre redes con enrutamiento IP convencional pero que no están 10/12/2005 Valor añadido Danysoft Página 7.8

8 construidas sobre routers y que pueden obtener garantías plenas de disponer de la Calidad de Servicio que requieran y a unos precios muy competitivos. Por esta razón, a medio plazo, los proveedores de servicios que no sean capaces de afrontar la oferta de los nuevos servicios IP de manera sólida tendrán comprometida su continuidad Para más información. Si desea más información, no dude en contactar con Danysoft en el o en 10/12/2005 Valor añadido Danysoft Página 8.8

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Última modificación: 1 de mayo de 2010. www.coimbraweb.com RED DE TRANSPORTE MPLS Contenido 1.- Origen de MPLS. 2.- Concepto de MPLS. 3.- Componentes de una red MPLS. 4.- Conmutación IP de MPLS. 5.- Aplicaciones de MPLS. Última modificación: ió 1 de mayo de 2010

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