CN102263780A - 组播通信的实现方法及节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组播通信的实现方法及节点。该方法包括：节点使用预设的名称，建立组播连接；在组播连接上，建立与名称对应的组播发送队列和组播接收队列；使用组播发送队列和组播接收队列，实现组播通信。本发明降低了网络冲击并减少节点性能开销。

Description

组播通信的实现方法及节点

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种组播通信的实现方法及节点。

背景技术

集群是指通过计算机网络内的有效协同，使多台计算机对外提供统一的功能和强大处理能力服务的特性。集群通信的核心要求是在内部网络上建立高效且可靠的通信机制，在集群内某个节点失效时，能够被其它节点快速感知并处理。

按照集群通信的要求，集群通信中首先需要在集群内所有节点间建立单播通信连接，使同处于集群中的任意两个节点间都维护可靠的单播通信连接。集群通信中对于多播的处理广泛采用的方式是广播，通过向集群内所有节点发送广播实现对多个节点消息的同时发送。

透明进程间通信TIPC是目前新兴的集群网络通信协议，并且已经广泛的被应用在通信领域。TIPC通信中，对于Cluster(集群)内的各个通信节点，采用在全网络内建立连接的方式，提供可靠的单播机制。

图1是根据相关技术的集群内组播通信结构的示意图。TIPC协议提供的组播功能，是通过向集群内所有节点发送广播实现的，具体地，图1中每一个组播组的组播会通过广播发送到所有组播组的节点。

但是，在节点数量增加条件下，上述广播将增大对网络流量的冲击，并且，很多节点处理与自己无关的广播，将增加其性能开销并浪费很多时间。

发明内容

针对组播通信在所有节点之间通过广播实现，从而增大网络冲击以及增加节点性能开销的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种组播通信的实现方法及节点，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种组播通信的实现方法。

根据本发明的组播通信的实现方法包括：节点使用预设的名称，建立组播连接；在组播连接上，建立与名称对应的组播发送队列和组播接收队列；使用组播发送队列和组播接收队列，实现组播通信。

进一步地，节点使用预设的名称，建立组播连接包括：建立与预设的名称对应的组播端口；为组播端口配置对应的组播地址；使用组播地址，建立组播连接。

进一步地，建立与预设的名称对应的组播端口之后，还包括：设置组播端口的类型为组播传输。

进一步地，在组播连接上，建立与预设的名称对应的组播发送队列和组播接收队列包括：在组播连接上，发送携带有名称的组播初始化消息；接收到来自组播连接上除节点之外的其它节点的组播初始化确认消息，其中，组播初始化确认消息用于指示其它节点与节点处于相同的组播端口；使用组播初始化确认消息，建立组播发送队列和组播接收队列。

进一步地，在发送携带有名称的组播初始化消息之后，还包括：其它节点使用名称，确认节点和自己处于相同的组播端口；根据组播初始化消息，更新自己的组播接收队列。

进一步地，使用组播发送队列和组播接收队列，实现组播通信包括：节点获取组播端口中的其它节点；节点与其它节点实现组播通信。

进一步地，组播初始化确认消息通过单播消息进行发送。

进一步地，还包括：删除组播端口。

进一步地，删除组播端口包括：在组播端口上，发送用于指示组播端口的删除的消息；在预定时间内，接收到来自组播连接上除节点之外的其它节点的用于确认组播端口的删除的消息；删除组播连接和组播地址；执行组播端口的删除的操作。

进一步地，还包括：通过单播消息向其他节点发送用于通告组播端口的删除的消息。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，还提供了一种节点。

根据本发明的节点包括：第一建立模块，用于使用预设的名称，建立组播连接；第二建立模块，用于在组播连接上，建立与名称对应的组播发送队列和组播接收队列；组播通信模块，用于使用组播发送队列和组播接收队列，实现组播通信。

进一步地，第一建立模块包括：第一建立子模块，用于建立与预设的名称对应的组播端口；配置子模块，用于为组播端口配置对应的组播地址；第二建立子模块，用于使用组播地址，建立组播连接。

进一步地，第二建立模块包括：发送子模块，用于在组播连接上，发送携带有名称的组播初始化消息；接收子模块，用于接收来自组播连接上除节点之外的其它节点的组播初始化确认消息，其中，组播初始化确认消息用于指示其它节点与节点处于相同的组播端口；第三建立子模块，用于使用组播初始化确认消息，建立组播发送队列和组播接收队列。

通过本发明，采用节点使用与预设的名称对应的组播端口实现组播通信，解决了组播通信在所有节点之间通过广播实现的问题，从而降低网络冲击并减少节点性能开销。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的集群内组播通信结构的示意图；

图2是根据本发明实施例的集群内组播通信结构示意图；

图3是根据本发明实施例的组播通信的实现方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的建立组播端口的流程图；

图5是根据本发明实施例的建立组播连接的流程图；

图6是根据本发明实施例的组播正常通信以及组播确认的流程图；

图7是根据本发明实施例的节点的结构框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图3是根据本发明实施例的组播通信的实现方法的流程图，包括如下的步骤：

步骤S302，节点使用预设的名称，建立组播连接。

步骤S304，在组播连接上，建立与预设的名称对应的组播发送队列和组播接收队列。

步骤S306，使用组播发送队列和组播接收队列，实现组播通信。

相关技术中，组播通信在所有节点之间通过广播实现，从而增大网络冲击以及增加节点性能开销。本发明实施例中，组播发送队列和组播接收队列与节点预设的名称相对应，因此，节点使用该组播接收队列进行组播通信，可以仅仅在具有该名称的多个节点中进行组播的发送与接收，从而降低网络冲击并减少节点性能开销。

优选地，节点使用预设的名称，建立组播连接包括：建立与预设的名称对应的组播端口；为组播端口配置对应的组播地址；使用组播地址，建立组播连接。

需要说明的是，本优选实施例是将集群内的组播服务按服务类型区分不同组播端口，为不同组播端口配置不同的组播MAC地址，实现组播。然后，为组播端口配置针对节点的多个组播消息接收队列，保证相同组播端口的所有节点间可靠组播通信。本优选实施例中，相同名称的组播端口是组播通信的基础，可以提供上层应用实现同一功能类型的组播通信服务。

需要说明的是，在该组播连接上，可以建立组播发送队列和组播接收队列，其中，组播发送队列通常为一个，组播接收队列可以为多个，对应于目的节点(即相同组播端口的节点)。优选地，可以在该组播连接上建立多个上述组播接收队列，其可以用于同名组播端口间的正常组播消息的确认，从而保证组播消息的可靠性。

另外，组播端口建立后，需要建立组播连接，保证组播传输的可靠性。组播连接需要确定初始消息编号，可以采用随机生成算法，作为该组播连接的初始消息编号，对每个进入发送队列的待发送消息从初始消息编号开始进行编号。为每个组播连接建立发送队列，组播端口建立后通过组播的第一条消息，为同组播端口的每个节点建立组播接收队列，并更新组播端口计数。

优选地，建立与预设的名称对应的组播端口之后，还包括：设置组播端口的类型为可靠组播传输。

优选地，在组播连接上，建立与预设的名称对应的组播发送队列和组播接收队列包括：在组播连接上，发送携带有上述预设的名称的组播初始化消息；接收到来自组播连接上除节点之外的其它节点的组播初始化确认消息，其中，组播初始化确认消息用于指示其它节点与节点处于相同的组播端口；使用组播初始化确认消息，建立组播发送队列和组播接收队列。

需要说明的是，本优选实施例中，通过发送携带有上述预设的名称的组播初始化消息，使与上述预设的名称相对应的组播MAC可以被交换芯片所学习到。系统中具有同名端口的其它节点也可以通过该组播初始化消息识别该节点有端口加入了该实名端口的组播服务。

优选地，在发送携带有名称的组播初始化消息之后，还包括：其它节点使用名称，确认节点和自己处于相同的组播端口；根据组播初始化消息，更新自己的组播接收队列。

优选地，使用组播发送队列和组播接收队列，实现组播通信包括：节点获取组播端口中的其它节点；节点与其它节点实现组播通信。

需要说明的是，本优选实施例中，实现组播通信可以包括组播发送过程、组播接收过程以及组播确认过程，下面分别对其进行描述。

①组播发送过程。

组播发送过程可以采用现有技术滑窗协议进行消息发送。首先通过命名端口查找目的组播连接，寻找连接中对应的组播MAC地址，再通过网络驱动层的发送接口将待发送消息通过该目的组播MAC发送到相应的节点。由滑窗协议推动发送队列继续按序发送下一条组播，已发送的组播消息进入重传状态，但发送方不主动发起重传，重传通常只依赖于对端的确认。除非本节点组播端口发送队列满，发送方会向本组播端口检测消息，敦促同组播端口未完成消息确认的其它节点尽快完成消息确认过程。

②组播接收过程。

当节点接收到组播消息，首先根据组播端口查找组播连接，在组播连接内根据源发送方的节点号查找目的接收队列，由相应的接收队列按序接收，完成消息确认。按现有的滑窗协议，接受消息序号在正常连续的序号接收范围内，进行端口消息向上派发，并将组播端口中对该节点的接收队列减小；如果端口针对特定节点的组播接收收到了序号重复的组播消息，直接删除，不处理。当组播接收窗口满或确认定时器超时，再发送确认ACK给组播发送方。如果组播接收消息序号不连续，立刻发送乱序确认NACK给源发送方，并告知该端口针对源节点最后接收的按序消息序号。

③组播确认过程

组播发送方收到任意一个NACK时，立刻将NACK中消息序号取出，将该消息序号以后的所有组播消息全部重传。组播发送方接收到ACK时，将组播确认计数减一。一个发送组播消息直到组播连接收到所有同名组播端口的确认，才会将该组播消息删除。如果中间集群内有节点退出服务，由于集群内部通信的要求，该节点与其它节点间的单播通信连接会首先断链。依赖于单播通信连接的断链通告，删除组播连接中包含同名组播端口的节点接收队列，并将该端口组播节点计数减一。

优选地，组播初始化确认消息通过单播消息进行发送。

优选地，上述方法可以基于TIPC协议实现，也可以基于传统的TCP协议等实现。

对于同一节点上用于集群通信的多个网口设备，可能会设置同一个组播MAC，在发送组播消息时，可以同时向多个网口同时发送，也可以轮流选择向一个或几个网口发送。依赖组播接收时的主动过滤将重复接收的组播消息过滤掉。

新组播端口接收其它同名组播端口的初始化组播确认后，将组播连接中的节点计数加一，并为组播端口建立针对目的节点的组播接收队列，并记录消息接收序列号。可以看出，一个组播连接中包含集群内所有同名组播端口建立的多个消息接收队列。

如果初始化组播或组播确认丢失，导致组播连接中的节点少于实际系统中存在的组播节点，通过后续的正常组播和正常组播确认也可以完成连接建立过程。要求同名组播端口接收未知节点的同名组播消息或组播确认时，需要立即启动建立对该节点的连接，如果是正常组播还需要立即主动回应组播确认，协助对端节点建立连接。

正常状态下的组播连接包括——组播端口对应的二层网络地址，该组播端口的消息发送队列，集群内同名组播端口数量，针对集群内每个同名组播端口建立的消息接收队列和消息接收序列号等。

通过目的组播接收队列的消息确认机制，实现组播端口的可靠通信。

组播通信需要确定初始消息编号，可以采用固定编号或随机生成算法，作为该组播连接的初始消息编号。为每个组播连接建立统一的发送队列，对每个进入消息发送队列的待发送消息从初始消息编号开始进行编号。组播连接建立后，后续加入组播端口的节点在初始化协商时会通知同名组播端口的其它节点消息初始编号。

优选地，上述方法还包括：删除组播端口。其包括：在组播端口上，发送用于指示组播端口的删除的消息；在预定时间内，接收到来自组播连接上除节点之外的其它节点的用于确认组播端口的删除的消息；删除组播连接和组播地址；执行组播端口的删除的操作。

优选地，上述方法还包括：通过单播消息向其他节点发送用于通告组播端口的删除的消息。

本发明还提供了一个优选实施例，结合了上述多个优选实施例的技术方案，下面结合图4至图6来详细描述。

本发明的所述本发明所提供的一种集群通信中基于命名端口的可靠组播技术，包括以下基本处理步骤：

步骤1，初始化建立命名组播端口，为每个组播端口配置不同的组播地址；

步骤2，为集群内相同的组播端口建立组播连接，根据集群内部组播端口发布，为组播端口动态建立针对目的节点的组播接收队列；

步骤3，基于多个目的组播接收队列的消息确认机制，实现组播端口的可靠通信。

所述的步骤1中，用户指定建立命名组播端口，通过实名制区分集群内不同的组播端口，端口每个名字表示同一类型的应用服务。本发明建立实名组播端口和二层组播地址(组播MAC地址)的映射关系表，为每个命名组播端口指定单独的二层组播地址，并将该组播地址设置到网络设备上。通过设置不同命名组播端口的特定组播地址，发送组播时，可以根据不同的命名端口指定发送数据的目的方组播地址，保证组播报文能够被同名的组播端口所接收。如图2所示，不同组播组发送的组播报文，只能发送到建立了相同命名组播端口的节点，其余的集群节点不会接收到该组播报文。

图4是根据本发明实施例的建立组播端口的流程图，描述了集群通信中首先需要在集群内所有节点间建立单播通信连接，使同处于集群中的任意两个节点间都维护可靠的单播通信连接。可以使用现有技术，比如TIPC协议，也可以使用传统的TCP等协议实现。包括如下的步骤：

步骤S402，在所有组播端口建立前，首先建立命名端口的实名和二层网络组播地址的映射关系(建立组播命名端口和组播地址转换关系表)，确保每个实名的组播端口对应一个唯一的二层网络组播地址。

步骤S404，根据用户指定的信息，建立组播命名端口。集群中一般使用服务类型和实例号确定端口名称，服务类型和实例号的组合在集群内是唯一的，可以通过实名访问；

步骤S406，通过命名端口的实名查询步骤S402建立的映射关系表，找到本组播端口用于的组播通信的MAC地址。

步骤S408，将步骤S406找到的MAC地址设置到网络设备上。

通过上述步骤，组播端口建立后，相同组播端口的组播报文可以通过同一组播地址通信，不会把组播消息发送到集群内无关的节点上。

图5是本发明实施例中建立组播连接的流程示意图，描述了集群内相同的组播端口需要建立组播连接，根据向集群内部相同组播端口发送的第一条发布消息，为组播端口动态建立针对目的节点的组播接收队列。包括如下的步骤：

步骤S502，建立组播端口建立后，构造第一条初始化组播消息并完成发送，该消息中携带本地节点信息和本地端口消息发送初始序列号。

步骤S504，相同实名的组播端口节点接收新组播端口初始化组播消息。

步骤S506，相同实名组播端口的节点记录新增加的节点。

步骤S508，相同实名组播端口的节点为新增加组播端口的节点增加消息接收队列。

步骤S510，相同实名组播端口的节点向新增加组播端口的节点发送组播连接建立确认，并携带本实名组播端口的节点信息以及组播消息序列号。

步骤S512，新增加组播端口的节点接收组播连接建立确认消息，同样，为相同实名组播端口的节点增加消息接收队列和接收组播消息序列号。可以看出，一个组播连接中包含集群内所有同名组播端口建立的多个消息接收队列。

由此可见，本实施方式中建立的组播连接包括——组播端口对应的二层网络地址，该组播端口的消息发送队列和发送初始序列号，集群内同名组播端口数量，针对集群内每个同名组播端口建立的消息接收队列和消息接收序列号等。组播连接建立后，应用可以使用命名组播端口实现组播通信了。

图6是本发明实施例中组播正常通信以及组播确认的流程示意图，描述了基于目的组播接收队列的消息确认机制，实现组播端口的可靠通信，避免组播消息在传输过程中消息乱序和丢失。包括如下的步骤：

步骤S602，查找组播命名端口对应的组播通信连接，将发送消息添加到消息发送队列，进入连接发送过程；

步骤S604，按组播序号顺序发送组播消息，使用该命名端口对应的组播MAC地址发送组播消息到所有具有同名组播端口的节点，设置需要确认的组播节点数目；

步骤S606，节点接收到组播消息，首先根据组播端口查找组播连接，然后在组播连接内根据源发送方的节点号查找目的接收队列；

步骤S608，在源发送方的节点号对应的目的消息接收队列中检查组播消息序列号，派发所有按序到达的组播消息，更新组播接收队列的接收组播消息序列号，并设置确认定时器；对不按序到达的组播消息向源发送方回应乱序确认；当组播接收窗口满或确认定时器超时，再发送确认ACK给组播发送方；

步骤S610，发送方组播消息确认处理，如果是正常确认，将发送消息队列中已经确认消息的组播节点数目减一；如果是乱序确认，会触发发送方的组播重传，等待接收方再次确定是否按序接收；

步骤S612，发送方接收到所有同名组播端口节点的消息确认，即发送队列中该消息需要确认的组播节点数目减小为0，则删除消息发送队列里该消息。

需要说明的是，消息确认编号可以携带在同名端口正常通信的其它组播消息中，以减少网络间通信流量。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明实施例提供了一种节点，该节点可以用于实现上述组播通信的实现方法。图7是根据本发明实施例的节点的结构框图，包括第一建立模块72、第二建立模块74和组播通信模块76。

第一建立模块72，用于使用预设的名称，建立组播连接；第二建立模块74，连接至第一建立模块72，用于在第一建立模块72建立的组播连接上，建立与名称对应的组播发送队列和组播接收队列；组播通信模块76，连接至第二建立模块74，用于使用第二建立模块74建立的组播发送队列和组播接收队列，实现组播通信。

相关技术中，组播通信在所有节点之间通过广播实现。本发明实施例中，第二建立模块74建立的组播端口与为节点预设的名称相对应，因此，组播通信模块76使用该组播连接进行组播通信，可以仅仅在具有该名称的多个节点中进行组播的发送与接收，从而降低网络冲击并减少节点性能开销。

优选地，第一建立模块72包括第一建立子模块722、配置子模块724和第二建立子模块726。

第一建立子模块722，用于建立与预设的名称对应的组播端口；配置子模块724，连接至第一建立子模块722，用于为第一建立子模块722建立的组播端口配置对应的组播地址；第二建立子模块726，连接至配置子模块724，用于使用配置子模块724配置的组播地址，建立组播连接。

优选地，第二建立模块74包括发送子模块742、接收子模块744和第三建立子模块746。

发送子模块742，连接至第二建立子模块726，用于在第二建立子模块726建立的组播连接上，发送携带有名称的组播初始化消息；接收子模块744，用于接收来自组播连接上除节点之外的其它节点的组播初始化确认消息，其中，组播初始化确认消息用于指示其它节点与节点处于相同的组播端口；第三建立子模块746，连接至接收子模块744，用于使用接收子模块744接收的组播初始化确认消息，建立组播发送队列和组播接收队列。

需要说明的是，装置实施例中描述的节点对应于上述的方法实施例，其具体的实现过程在方法实施例中已经进行过详细说明，在此不再赘述。

综上所述，本发明的上述实施例在集群内部单播通信连接基础上，为应用服务划分组播端口和组播地址，针对集群内建立同名组播端口的所有节点建立消息连接，使用同名组播端口的多个消息接收队列的消息确认机制，保证组播通信的可靠性，把组播通信的范围限定在建立同名组播端口的节点间。另外，本发明可以有效减少网络中广播通信的流量，避免集群节点接收和处理与自己无关的组播消息，提高了系统处理性能，同时还有效的保证了用户通信的私密性。因此，通过本发明的组播通信的实现方法及节点，采用节点使用与预设的名称对应的组播端口实现组播通信，解决了组播通信在所有节点之间通过广播实现的问题，从而降低网络冲击并减少节点性能开销。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种组播通信的实现方法，其特征在于，包括：

节点使用预设的名称，建立组播连接；

在所述组播连接上，建立与所述名称对应的组播发送队列和组播接收队列；

使用所述组播发送队列和所述组播接收队列，实现所述组播通信。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节点使用所述预设的名称，建立所述组播连接包括：

建立与所述预设的名称对应的组播端口；

为所述组播端口配置对应的组播地址；

使用所述组播地址，建立所述组播连接。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，建立与所述预设的名称对应的组播端口之后，还包括：设置所述组播端口的类型为组播传输。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述组播连接上，建立与所述预设的名称对应的所述组播发送队列和所述组播接收队列包括：

在所述组播连接上，发送携带有所述名称的组播初始化消息；

接收到来自所述组播连接上除所述节点之外的其它节点的组播初始化确认消息，其中，所述组播初始化确认消息用于指示所述其它节点与所述节点处于相同的组播端口；

使用所述组播初始化确认消息，建立所述组播发送队列和所述组播接收队列。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在发送携带有所述名称的所述组播初始化消息之后，还包括：

所述其它节点使用所述名称，确认所述节点和自己处于相同的组播端口；

根据所述组播初始化消息，更新自己的组播接收队列。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使用所述组播发送队列和所述组播接收队列，实现所述组播通信包括：

所述节点获取所述组播端口中的所述其它节点；

所述节点与所述其它节点实现所述组播通信。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述组播初始化确认消息通过单播消息进行发送。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：删除所述组播端口。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，删除所述组播端口包括：

在所述组播端口上，发送用于指示所述组播端口的删除的消息；

在预定时间内，接收到来自所述组播连接上除所述节点之外的其它节点的用于确认所述组播端口的删除的消息；

删除所述组播连接和所述组播地址；

执行所述组播端口的删除的操作。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：通过单播消息向所述其他节点发送用于通告所述组播端口的删除的消息。

11.一种节点，其特征在于，包括：

第一建立模块，用于使用预设的名称，建立组播连接；

第二建立模块，用于在所述组播连接上，建立与所述名称对应的组播发送队列和组播接收队列；

组播通信模块，用于使用所述组播发送队列和所述组播接收队列，实现所述组播通信。

12.根据权利要求11所述的节点，其特征在于，所述第一建立模块包括：

第一建立子模块，用于建立与所述预设的名称对应的组播端口；

配置子模块，用于为所述组播端口配置对应的组播地址；

第二建立子模块，用于使用所述组播地址，建立所述组播连接。

13.根据权利要求11所述的节点，其特征在于，所述第二建立模块包括：

发送子模块，用于在所述组播连接上，发送携带有所述名称的组播初始化消息；

接收子模块，用于接收来自所述组播连接上除所述节点之外的其它节点的组播初始化确认消息，其中，所述组播初始化确认消息用于指示所述其它节点与所述节点处于相同的组播端口；

第三建立子模块，用于使用所述组播初始化确认消息，建立所述组播发送队列和所述组播接收队列。

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