用“能看到”的方式講解計算機網絡通信詳細過程及協議

用最明白的方法徹底講述復雜的網絡技術問題

項目教學+案例教學+校企合作的完美實踐

配套優質教學用PPT

一本真正好教、好學、實用的優秀網絡技術教材

我不知道社會上有多少人想學精通計算機網絡原理，也不知道我講的計算機網絡原理有什么過人之處。直到有一天，我把在軟件學院隨堂錄制的計算機網絡視頻放到51CTO學院，看到了幾十萬訪問量和眾多的好評，才知道有那么多人在互聯網上尋找好的教程，才知道學生喜歡我的這種授課方式。

高校計算機專業的學生大多需要學習“計算機網絡原理”這門課程，很多學校還是必修課。很多非計算機專業的學生，想轉行進入IT領域發展，想打好扎實的基礎，也都知道應該掌握計算機網絡原理。

當前有關計算機網絡的圖書分兩大類，一類是網絡設備廠商考證的教程，比如思科網絡工程師教程CCNA、CCNP，華為認證網絡工程師HCNA、HCNE等；另一類就是高校的計算機網絡原理的教材，代表教材就是謝希仁編著的《計算機網絡》。

然而這些廠商認證的教材，其目的只是為了培養能夠熟練操作和配置其網絡設備的工程師，對計算機網絡通信原理和過程并沒有進行深入細致的講解，重點是如何配置網絡設備。而高校計算機網絡原理教材，則深入講解了計算機通信過程和各層協議，并沒給學生講解如何使用具體的網絡設備配置來驗證所學的理論，更沒有進一步擴展這些理論可以應用在哪些場景，讓學生感覺空洞和學無所用，只感覺到這些理論的抽象。很多老師在講授這門課程時，不但學生感覺沒意思，自己講著也覺得沒意思。

我從事IT企業培訓和企業IT技術支持15年，積累了大量的實戰經驗，在河北師大軟件學院以謝希仁編著的《計算機網絡》為教程講授計算機網絡原理7年，在講授課程過程中增加了大量的案例，設計了合適的實驗來驗證所學的理論。不僅給學生講清楚了計算機各層通信協議，還捕獲了數據包，讓學生看到數據包的結構，看到每一層的封裝；網絡層不僅學會網絡暢通的條件，還能在思科路由器上配置靜態路由和動態路由；不僅學會傳輸層協議和應用層協議之間的關系，還能設置Windows服務器實現網絡安全；不僅講解了常見的應用層協議，還能使用抓包工具捕獲客戶端和服務器之間交互的數據包，會分析各種應用層協議數據包格式。

2016年，時機成熟，我決心編寫計算機網絡原理教程，以謝希仁編著的《計算機網絡》（第六版）為藍本，繪制大量插圖展示所講理論，每一段理論結束后，緊跟著就是如何使用這些理論來解決實際中的問題，對知識進一步擴展。力求對書中內容的安排恰到好處，設計了經典的實驗，做到了讓理論不再抽象，讓課程充滿趣味，讓學習充滿樂趣。

本書主要內容

第1章 本章是整本書的概覽，先介紹計算機網絡在當今信息時代的作用，接著介紹了網絡和互聯網以及最大的互聯網Internet。為了讓大家感覺網絡不那么抽象，以一個企業的網絡為例給大家展示了局域網和廣域網。接著介紹了國際標準化組織對計算機通信過程的分層，即OSI（開放系統互連）參考模型，同時列舉了一些案例以加深大家對OSI參考模型的理解和應用。

第2章 本章講解計算機網絡通信的物理層，先講解通信方面的知識，也就是如何在各種介質（光纖，銅線）中更快地傳遞數字信號和模擬信號。涉及到的通信概念有：模擬信號、數字信號、全雙工通信、半雙工通信、單工通信、常用編碼方式和調制方式，信道的極限容量。

第3章 本章不屬于計算機網絡原理的內容，但要想更好地理解后面講到的計算機網絡原理，更具體地探索計算機通信過程，還需要捕獲數據包，分析數據包的數據鏈路層首部、網絡層首部、傳輸層首部以及應用層協議。這就需要使用網絡設備來搭建學習環境。本章講解如何在Windows 7操作系統上安裝GNS3，設置GNS3運行環境，搭建學習環境。

第4章 不同的網絡類型有不同的通信機制（即數據鏈路層協議），數據包在傳輸過程中通過不同類型的網絡，就要使用該網絡使用的通信協議，同時數據包也要重新封裝成該網絡的幀格式。本章先講述數據鏈路層要解決的三個基本問題：封裝成幀、透明傳輸、差錯檢驗；再講述兩種類型的數據鏈路層：點到點鏈路的數據鏈路層和廣播信道的數據鏈路層，這兩種數據鏈路層的通信機制不一樣，使用的協議也不一樣，點到點鏈路使用PPP協議（Point to Point Protocol），廣播信道使用帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）協議。

第5章 本章講解IP地址格式、子網掩碼的作用、IP地址的分類以及一些特殊的地址。介紹什么是公網地址和私網地址，以及私網地址如何通過NAT訪問Internet；講解如何進行等長子網劃分和變長子網劃分。當然，如果一個網絡中的計算機數量非常多，有可能一個網段的地址塊容納不下，我們也可以將多個網段合并成一個大的網段，這個大的網段就是超網。最后還講了子網劃分的規律和合并網絡的規律。

第6章 網絡層的功能是為數據包選擇轉發路徑。本章講述網絡暢通的條件，給路由器配置靜態路由和動態路由，通過合理規劃IP地址可以使用路由匯總和默認路由簡化路由表。作為擴展知識，本章還講解排除網絡故障的方法，使用ping命令測試網絡是否暢通，使用pathping和tracert命令跟蹤數據包的路徑。同時也講解了Windows操作系統中的路由表，以及給Windows系統添加路由。

第7章 本章講解網絡層第三部分內容—網絡層協議。講解網絡層，當然要講網絡層首部，路由器就是根據網絡層首部轉發數據包的，因此網絡層首部各字段就是為了實現網絡層功能。除了講解網絡層首部，還講解TCP/IP協議棧網絡層的4個協議：IP協議、ICMP協議、IGMP協議和ARP協議。

第8章 本章講解TCP/IP協議棧傳輸層的兩個協議TCP和UDP，首先介紹這兩個協議的應用場景，再講解傳輸層協議和應用層協議之間的關系、端口和服務之間的關系。搞清這些關系后，自然就會明白設置服務器防火墻實現網絡安全的道理。傳輸層首部要實現傳輸層的功能，而TCP和UDP兩個協議實現的功能不同，因此這兩個協議的傳輸層首部也不同，需要分別講解。本章的重點是TCP協議，將詳細講解TCP協議如何實現可靠傳輸、流量控制、擁塞避免和連接管理。

第9章 本章講解應用層，就是講幾種標準的應用層協議，應用層協議定義了服務器和客戶機之間如何交換信息、服務器和客戶端之間進行哪些交互、命令的交互順序，規定了信息的格式以及每個字段的意義。不同的應用實現的功能不一樣，比如訪問網站和收發電子郵件實現的功能就不一樣，因此就需要有不同的應用層協議。

本書適合于

計算機專業的大學生。

想從事IT方面的工作，系統學習IT技術的有夢想的人。

打算考取思科或華為網絡工程師認證的人。

學生評價

51CTO學院韓立剛老師計算機網絡原理視頻教程：

http://edu.51cto.com/course/course_id-7313.html

下面是51CTO學院學生聽完韓老師計算機網絡原理后的評價：

★★★★★5分

學了一半了，感覺還不錯，能把抽象的概念或晦澀難懂的內容通過直白的語言講出來，難能可貴啊！

★★★★★5分

這套課程很適合那些剛接觸網絡，或者還沒開始學但想學網絡的。總而言之，這套課程對網絡基礎講解的很詳細。

★★★★★5分

韓老師的課講的很有條理，而且有很強的實用價值，對于我們這些對計算機感興趣，又找不到好的教程的人來說，簡直是如魚得水。國家也都關注網絡安全的時期，也是全民用網的時期，網絡方面的知識是大家都需要的，希望韓老師出更多優秀視頻，使更多網民學會安全用網。

★★★★★5分

講得真好！因為實踐經驗太豐富了。

★★★★★5分

老師講的太好了，原來書里不好理解的經老師講解一下就懂了。

★★★★★5分

真心不錯的老師！要是遇到這樣的老師，哪兒還有逃課的學生呢。韓老師厲害。

★★★★★5分

韓老師的課程側重于實際應用，沒有那么多的專業術語，講解的也淺顯易懂，但要是為了考取證書還需要學習一下別的視頻，韓老師很給力，頂！！！

★★★★★5分

很給力！要是中國的高校軟件類的專業都講的這么好，哪兒還有培訓基地的生存空間？

技術支持

技術交流和資料索取請聯系

韓老師QQ 458717185

技術支持QQ群 韓立剛IT技術交流群 301678170

韓老師視頻教學網站 http://www.91xueit.com

韓老師微信 hanligangdongqing，微信支付書費，韓老師簽名寄書。

韓老師微信公眾號 han_91xueit

致謝

河北師范大學軟件學院一直采用“校企合作”的辦學模式，在課程體系設置上與市場接軌；在教師的使用上，大量聘用來自企業一線的工程師；在教材及實驗手冊建設上，結合國內優秀教材的知識體系，大膽創新，開發了一系列理論與實踐相結合的教材（本教材即是其中一本）。在學院新穎辦學模式的培養下，百余名學生進入知名企業實習或已簽訂就業合同，得到了用人企業的廣泛認可。這些改革成果的取得，首先要感謝河北師范大學校長蔣春瀾教授的大力支持和鼓勵，同時還要感謝河北師范大學校黨委對這一辦學模式的肯定與關心。

在本書整理完成的過程中，河北師范大學數信學院院長鄧明立教授、軟件學院副院長趙書良教授以及李文斌副教授為本書的寫作提供了一個良好的環境，是他們為本書內容的教學實踐保駕護航，他們與作者關于教學的溝通與交流為本書提供了豐富的案例和建議，在此對他們表示真誠的謝意。感謝河北師范大學軟件學院教學團隊的每一位成員，感謝河北師范大學軟件學院每一位學生，是他們的友好、熱情、幫助和關心促使本書的形成。

最后，感謝我的家人在本書創作過程中給予我的支持與理解。

前言

第1章 計算機網絡和協議
1.1 計算機網絡在當今社會的作用 1
1.2 認識網絡 2
1.2.1 網絡和互聯網絡 2
1.2.2 最大的互聯網—因特網 3
1.2.3 企業組建的互聯網 5
1.2.4 家庭組建的互聯網 6
1.3 開放系統互連模型—OSI參考模型 8
1.3.1 分層的方法 8
1.3.2 OSI參考模型詳解 10
1.3.3 計算機通信分層的好處 12
1.4 理解OSI參考模型 13
1.4.1 理解表示層 14
1.4.2 安裝抓包工具查看數據包內容 16
1.4.3 學以致用—傳輸層連接 19
1.4.4 用分層的思想考慮問題 21
1.4.5 OSI參考模型與排錯 21
1.5 TCP/IP協議 24
1.5.1 通信協議 24
1.5.2 TCP/IP通信過程 25
1.5.3 網絡設備和分層 27
1.6 計算機網絡的性能指標 28
1.6.1 速率 28
1.6.2 帶寬 29
1.6.3 吞吐量 31
1.6.4 時延 32
1.6.5 時延帶寬積 34
1.6.6 往返時間 35
1.6.7 利用率 36
1.7 網絡分類 36
1.7.1 按網絡的范圍進行分類 36
1.7.2 按網絡的使用者進行分類 37
1.8 企業局域網設計 37
1.8.1 二層結構的局域網 37
1.8.2 三層結構的局域網 38
習題1 38
第2章 物理層
2.1 物理層的基本概念 41
2.2 數據通信基礎 41
2.2.1 數據通信模型 41
2.2.2 數據通信一些常用術語 42
2.2.3 模擬信號和數字信號 43
2.2.4 模擬信號轉換成數字信號 45
2.3 信道和調制 46
2.3.1 信道 46
2.3.2 單工和半雙工以及全雙工通信 47
2.3.3 調制 47
2.3.4 信道極限容量 49
2.4 傳輸媒體 51
2.4.1 導向傳輸媒體 52
2.4.2 非導向傳輸媒體 55
2.5 信道復用技術 59
2.5.1 頻分復用 60
2.5.2 時分復用 60
2.5.3 波分復用 62
2.5.4 碼分復用 63
2.6 寬帶接入技術 65
2.6.1 銅線接入技術 65
2.6.2 HFC技術 68
2.6.3 光纖接入技術 69
2.6.4 移動互聯網接入技術 69
習題2 71
第3章 GNS3網絡模擬器
3.1 安裝和配置GNS3 74
3.1.1 GNS3概述 74
3.1.2 安裝抓包工具 74
3.1.3 安裝GNS3 76
3.1.4 啟動和配置GNS3 78
3.2 搭建學習環境 83
3.2.1 路由器和虛擬機的網絡連接 84
3.2.2 規劃虛擬機網絡的IP地址 85
3.2.3 添加路由器設備 88
3.2.4 添加交換機設備 90
3.2.5 連接網絡設備 94
3.2.6 顯示接口編號 95
3.2.7 增加注釋和區域標識 96
3.2.8 配置路由器接口地址 97
3.3 配置虛擬機網絡 100
3.4 捕獲數據包 104
3.5 給項目快照和保存項目 107
第4章 數據鏈路層
4.1 數據鏈路層三個基本問題 110
4.1.1 數據鏈路和幀 110
4.1.2 數據鏈路層三個基本問題 111
4.2 點到點信道的數據鏈路 115
4.2.1 PPP協議的特點 116
4.2.2 PPP協議的組成 117
4.2.3 同步傳輸和異步傳輸 117
4.2.4 抓包查看PPP的幀首部 119
4.2.5 PPP協議幀格式 121
4.2.6 PPP幀填充方式 121
4.3 廣播信道的數據鏈路 123
4.3.1 廣播信道的局域網 123
4.3.2 以太網標準 124
4.3.3 CSMA/CD協議 125
4.3.4 以太網最短幀 125
4.3.5 沖突解決方法—退避算法 127
4.3.6 以太網幀格式 128
4.3.7 以太網信道利用率 131
4.3.8 網卡的作用 132
4.3.9 MAC地址 133
4.3.10 實戰：查看和更改MAC地址 134
4.4 擴展以太網 135
4.4.1 集線器 135
4.4.2 計算機數量和距離上的擴展 136
4.4.3 使用網橋優化以太網 137
4.4.4 網橋自動構建MAC地址表 139
4.4.5 多接口網橋—交換機 140
4.4.6 實戰：查看交換機MAC地址表 142
4.4.7 實戰：驗證交換機端口安全 146
4.4.8 實戰：驗證集線器不安全 147
4.4.9 生成樹協議 149
4.5 高速以太網 152
4.5.1 100M以太網 152
4.5.2 吉比特以太網 153
4.5.3 10吉比特以太網 155
習題4 156
第5章 IP地址和子網劃分
5.1 學習IP地址預備知識 158
5.1.1 二進制和十進制 159
5.1.2 二進制數的規律 160
5.2 理解IP地址 161
5.2.1 MAC地址和IP地址 161
5.2.2 IP地址的組成 162
5.2.3 IP地址格式 163
5.2.4 子網掩碼的作用 163
5.3 IP地址分類 166
5.3.1 A類地址 166
5.3.2 B類地址 167
5.3.3 C類地址 167
5.3.4 D類和E類地址 167
5.3.5 保留的IP地址 168
5.3.6 實戰：本地環回地址 169
5.3.7 實戰：給本網段發送廣播 171
5.4 私網地址和公網地址 172
5.4.1 公網地址 172
5.4.2 私網地址 174
5.5 子網劃分 175
5.5.1 地址浪費 175
5.5.2 等長子網劃分 175
5.5.3 B類網絡子網劃分 179
5.5.4 A類地址子網劃分 180
5.6 變長子網劃分 181
5.6.1 變長子網劃分 181
5.6.2 點到點網絡的子網掩碼 182
5.6.3 子網掩碼另一種表示方法—
CIDR 183
5.6.4 判斷IP地址所屬的網段 184
5.6.5 子網劃分需要注意幾個問題 185
5.7 超網合并網段 186
5.7.1 合并網段 186
5.7.2 不是任何連續的網段都能合并 188
5.7.3 哪些連續的網段能夠合并 188
5.7.4 網段合并的規律 190
5.7.5 判斷一個網段是超網還是子網 190
習題5 191
第6章 靜態路由和動態路由
6.1 路由—網絡層實現的功能 195
6.1.1 網絡暢通的條件 196
6.1.2 靜態路由 197
6.2 實戰：配置靜態路由 199
6.2.1 查看路由表 200
6.2.2 添加靜態路由 200
6.2.3 測試網絡是否暢通 202
6.2.4 刪除靜態路由 202
6.3 路由匯總 203
6.3.1 通過路由匯總簡化路由表 203
6.3.2 路由匯總例外 205
6.3.3 無類域間路由（CIDR） 206
6.4 默認路由 207
6.4.1 全球最大的網段 207
6.4.2 使用默認路由作為指向Internet
的路由 207
6.4.3 讓默認路由代替大多數網段
的路由 208
6.4.4 默認路由和環狀網絡 209
6.4.5 默認路由造成的往復轉發 210
6.4.6 使用默認路由和路由匯總簡化
路由表 211
6.4.7 Windows上的默認路由和網關 212
6.5 網絡排錯案例 216
6.5.1 站在全局的高度排除網絡故障 216
6.5.2 計算機網關也很重要 217
6.6 動態路由—RIP協議 218
6.6.1 RIP協議 219
6.6.2 RIP協議工作原理 219
6.6.3 在路由器上配置RIP協議 220
6.6.4 查看路由表 222
6.6.5 觀察RIP協議路由更新活動 224
6.6.6 測試RIP協議健壯性 225
6.6.7 RIP協議排錯 226
6.6.8 RIP協議數據包報文格式 227
6.7 動態路由—OSPF協議 229
6.7.1 什么是最短路徑優先 229
6.7.2 OSPF術語 231
6.7.3 OSPF協議工作過程 232
6.7.4 OSPF的5種報文 233
6.7.5 OSPF支持多區域 234
6.8 配置OSPF協議 235
6.8.1 配置OSPF協議 235
6.8.2 查看OSPF協議三張表 237
6.8.3 監控OSPF協議的活動 241
6.8.4 驗證OSPF協議健壯性 242
6.8.5 OSPF協議配置排錯 243
習題6 244
第7章 網絡層協議
7.1 網絡層首部 251
7.1.1 抓包查看網絡層首部 251
7.1.2 網絡層首部格式 252
7.1.3 實戰：查看協議版本和
首部長度 254
7.1.4 實戰：給數據包設置區分
服務字段 258
7.1.5 數據分片詳解 262
7.1.6 實戰：捕獲并觀察數據包分片 263
7.1.7 實戰：查看和配置鏈路MTU 267
7.1.8 數據包生存時間（TTL）詳解 268
7.1.9 實戰：指定ping命令發送數據包
的TTL值 270
7.1.10 實戰：抓包查看數據包的
TTL變化 272
7.2 ICMP協議 274
7.2.1 抓包查看ICMP報文格式 274
7.2.2 ICMP報文格式 277
7.2.3 ICMP差錯報告報文—TTL過期 277
7.2.4 ICMP差錯報告報文—目標主機
不可到達 279
7.2.5 ICMP差錯報告報文—路由
重定向 279
7.2.6 ICMP差錯報告報文—給程序
返回錯誤消息 282
7.3 使用ICMP排除網絡故障案例 284
7.3.1 使用ping命令診斷網絡故障 284
7.3.2 使用ping斷定哪一段鏈路
出現故障 285
7.3.3 使用tracert跟蹤數據包路徑 287
7.3.4 使用pathping跟蹤數據包路徑 289
7.4 ARP協議 289
7.4.1 ARP協議的工作過程和安全隱患 291
7.4.2 ARP欺騙之“網絡執法官” 292
7.4.3 判斷和防止ARP欺騙的方法 296
7.5 IGMP協議 297
7.5.1 什么是組播 298
7.5.2 組播IP地址 298
7.5.3 組播MAC地址 299
7.5.4 組播管理協議（IGMP） 300
7.6 實戰：跨網段觀看組播視頻 301
7.6.1 搭建流媒體服務器 301
7.6.2 點播視頻 304
7.6.3 訪問多播視頻 306
7.6.4 跨網段多播 314
習題7 318
第8章 傳輸層
8.1 傳輸層的兩個協議 322
8.1.1 TCP和UDP協議的應用場景 322
8.1.2 傳輸層協議和應用層協議之間
的關系 324
8.1.3 服務和端口之間的關系 326
8.1.4 實戰：服務器端口沖突造成服務
啟動失敗 336
8.1.5 實戰：更改服務使用的默認端口 337
8.1.6 端口和網絡安全的關系 340
8.1.7 實戰：Windows防火墻和TCP/IP
篩選實現網絡安全 342
8.2 用戶數據報協議（UDP） 347
8.2.1 UDP協議的特點 347
8.2.2 UDP的首部格式 348
8.3 傳輸控制協議（TCP） 350
8.3.1 TCP協議的主要特點 350
8.3.2 TCP報文的首部格式 351
8.4 可靠傳輸 356
8.4.1 TCP可靠傳輸的實現—停止
等待協議 356
8.4.2 連續ARQ協議和滑動窗口協議—
改進的停止等待協議 358
8.4.3 以字節為單位的滑動窗口
技術詳解 359
8.4.4 改進的確認—選擇
確認（SACK） 361
8.4.5 超時重傳的時間調整 361
8.5 流量控制 365
8.6 擁塞控制 367
8.6.1 擁塞控制的原理 367
8.6.2 擁塞控制方法—慢開始和
擁塞避免 367
8.6.3 擁塞控制方法—快重傳和
快恢復 371
8.6.4 發送窗口的上限 372
8.7 TCP連接管理 373
8.7.1 TCP的連接建立 373
8.7.2 TCP連接釋放 376
8.7.3 實戰：查看TCP釋放連接的
數據包 378
8.7.4 實戰：SYN攻擊 379
習題8 381
第9章 應用層
9.1 域名系統DNS 386
9.1.1 什么是域名 386
9.1.2 域名的結構 387
9.1.3 Internet中的域名服務器 390
9.1.4 域名解析過程 391
9.1.5 實戰1：搭建企業內網的
DNS服務 393
9.1.6 實戰2：測試域名解析 399
9.1.7 實戰3：抓包分析域名解析
的過程 402
9.2 動態主機配置協議DHCP 403
9.2.1 靜態地址和動態地址應用場景 403
9.2.2 DHCP地址租約 404
9.2.3 DHCP租約生成過程 405
9.2.4 DHCP地址租約更新 406
9.2.5 實戰1：安裝和配置DHCP服務 407
9.2.6 實戰2：查看、刷新、釋放租約 412
9.2.7 實戰3：跨網段分配IP地址 414
9.3 Telnet協議 415
9.3.1 Telnet協議工作方式 416
9.3.2 實戰：Telnet管理Windows系統 417
9.3.3 實戰：Telnet管理網絡設備 420
9.4 遠程桌面協議RDP 421
9.5 超文本傳輸協議HTTP 424
9.5.1 創建網頁 424
9.5.2 統一資源定位符URL 426
9.5.3 絕對路徑和相對路徑 426
9.5.4 創建Web站點 427
9.5.5 HTTP協議版本 431
9.5.6 HTTP請求報文和響應報文 433
9.5.7 HTTP響應報文 436
9.5.8 Cookie 437
9.5.9 通過代理服務器訪問網站 439
9.6 文件傳輸協議FTP 443
9.6.1 FTP主動模式和被動模式 443
9.6.2 安裝和創建FTP站點 445
9.6.3 訪問FTP服務器 447
9.6.4 FTP命令訪問FTP服務器 448
9.7 電子郵件 450
9.7.1 電子郵件發送和接收過程 450
9.7.2 電子郵件信息格式 452
9.7.3 SMTP協議 453
9.7.4 POP3協議和IMAP協議 456
9.7.5 部署企業內部郵件服務器 457
9.8 實戰：在內網部署郵件服務器向
Internet發送郵件 458
9.8.1 安裝郵件服務器 459
9.8.2 在DNS服務器上添加MX記錄 460
9.8.3 為用戶創建郵箱 462
9.8.4 配置SMTP服務允許向Internet
發送電子郵件 463
9.8.5 配置郵件客戶端連接郵件服務器 465
9.8.6 向Internet發送電子郵件 468
9.9 總結 471
習題9 471
參考文獻

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29. 計算機網絡基礎應用 [主編 楊智勇 唐宏 ]
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