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1 OO Padrão IEEE 802.11 (Padrão IEEE 802.11 (WiFi)WiFi) LANs Sem FioLANs Sem Fio WLANs WLANs -- Wireless Local Area NetworksWireless Local Area Networks FláviaFlávia Delicato Delicato WIWI--FI AllianceFI Alliance •• ObjetivosObjetivos –– Assegurar a interoperabilidadeAssegurar a interoperabilidade ao nível de ao nível de usuáriousuário –– Produtos para 802.11 de todos vendedores Produtos para 802.11 de todos vendedores devem trabalhar juntosdevem trabalhar juntos –– Selo de aprovaçãoSelo de aprovação: produto certificado por WI: produto certificado por WI--FI FI AllianceAlliance •• MembrosMembros –– http://www.wihttp://www.wi--fi.org/OpenSection/members.asp?TID=2fi.org/OpenSection/members.asp?TID=2 –– Exemplo: Exemplo: microsoftmicrosoft, , nokianokia, , motorolamotorola, , delldell IEEE 802.11 IEEE 802.11 -- Visão GeralVisão Geral •• Padrão do IEEE (Padrão do IEEE (InstituteInstitute ofof ElectricalElectrical andand EletronicsEletronics EngineersEngineers) para ) para redes locais sem fioredes locais sem fio •• WLANsWLANs -- Wireless Local Area NetworksWireless Local Area Networks •• Desenvolvido nos anos 90Desenvolvido nos anos 90 –– Grupo de Trabalho 11 do Comitê de Padrões 802Grupo de Trabalho 11 do Comitê de Padrões 802 –– 1ª versão 1ª versão -- 1997(1990 a 1997: meios físicos básicos)1997(1990 a 1997: meios físicos básicos) –– Adotado pela ISO (ISO/IEC 8802Adotado pela ISO (ISO/IEC 8802--11:1999)11:1999) IEEE 802.11 IEEE 802.11 -- Visão GeralVisão Geral •• Condições de utilizaçãoCondições de utilização –– Aplicações candidatasAplicações candidatas »» Voz, vídeo e dados, em estações fixas ou móveis Voz, vídeo e dados, em estações fixas ou móveis –– AmbientesAmbientes »» InternoInterno ((IndoorIndoor)): escritórios, salas de reunião: escritórios, salas de reunião »» ExternoExterno (Outdoor)(Outdoor): campus, estacionamentos, entre : campus, estacionamentos, entre edifíciosedifícios –– Área de coberturaÁrea de cobertura »» Centenas de metros quadrados (Centenas de metros quadrados (rádio)rádio) ou metros ou metros quadrados quadrados (infra(infra--vermelhovermelho)) »» Depende das Depende das condições de propagaçãocondições de propagação e e interferênciainterferência AplicaçõesAplicações EthernetEthernet Desktop Desktop –– AdaptadorAdaptador PCI/USBPCI/USB Laptops Laptops cartãocartão PCMCIAPCMCIA APAP AA PP Laptops Laptops cartãocartão PCMCIAPCMCIA Desktop Desktop –– AdaptadorAdaptador PCI/USBPCI/USB EscritEscritóóriorio 2 Hot SpotHot Spot AeroportosAeroportos PontoPonto a a PontoPonto HospitaisHospitaisCyber Cyber cafcaféé CyberCyber CaféCafé APAP CyberCyber Café Café -- Access Access PointPoint Desktop Desktop Adaptador USBAdaptador USB Laptops Laptops CartãoCartão PCMCIAPCMCIA Adaptador Adaptador CompactCompact FlashFlash Ponte (Ponte (BridgeBridge) ) e Repetidore Repetidor CyberCyber Café Café -- ClientesClientes UniversidadesUniversidades ConsideraçõesConsiderações –– Área de CoberturaÁrea de Cobertura RF RF BarreiraBarreira CriticidadeCriticidade ExemplosExemplos ArAr MinimaMinima MadeiraMadeira BaixaBaixa DivisóriasDivisórias GessoGesso BaixaBaixa ParedesParedes InternasInternas Material Material SintéticoSintético BaixaBaixa DivisóriasDivisórias AsbestosAsbestos BaixaBaixa TetosTetos VidrosVidros BaixaBaixa JanelasJanelas ÁguaÁgua MediaMedia MadeirasMadeiras UmidasUmidas, , AquariosAquarios TijolosTijolos Media Media ParedesParedes InternasInternas e e ExternasExternas MármoreMármore Media Media ParedesParedes InternasInternas ConcretoConcreto AltaAlta PisosPisos. . ParedesParedes externasexternas VidroVidro a a provaprova de balasde balas AltaAlta Salas de Salas de segurançasegurança MetalMetal MuitoMuito Alta Mesas, Alta Mesas, divisóriasdivisórias de metalde metal 3 ConsideraçõesConsiderações –– Área de CoberturaÁrea de Cobertura •• DesempenhoDesempenho dos dos AP’sAP’s depende das depende das características de características de construçãoconstrução •• Paredes Paredes muitomuito grossasgrossas ouou comcom estruturaestrutura metálicametálica •• MóveisMóveis do do escritórioescritório, , podempodem criar criar sombras sombras dentro da área de coberturadentro da área de cobertura •• InterferênciaInterferência nana área de área de instalaçãoinstalação dos dos AP’sAP’s VantagensVantagens •• LivreLivre de de CabeamentoCabeamento –– EliminaElimina necessidadenecessidade de de passarpassar caboscabos porpor tetostetos e e paredesparedes •• ReduReduççãoão do do CustoCusto AgregadoAgregado –– MenosMenos necessidadenecessidade de de manutenmanutenççãoão –– FFáácilcil expansãoexpansão e e robustezrobustez •• Alta Alta MobilidadeMobilidade –– RoamingRoaming locallocal –– AcessoAcesso imediatoimediato a a outrasoutras redesredes porpor clientesclientes visitantesvisitantes •• FlexibilidadeFlexibilidade –– AlcanAlcanççaa lugareslugares ondeonde caboscabos nãonão chegamchegam IEEE 802.11 IEEE 802.11 -- Visão GeralVisão Geral •• Compatível com padrões 802.xCompatível com padrões 802.x –– Usa o LLC definido no padrão 802.2Usa o LLC definido no padrão 802.2 –– Integração transparenteIntegração transparente 802.11802.11 DSSSDSSS 802.11802.11 FHSSFHSS 802.11802.11 InfraredInfrared 802.11a 802.11a OFDMOFDM 802.11b 802.11b HRHR-- DSSSDSSS 802.11g 802.11g OFDMOFDM Níveis Níveis EnlaceEnlace Níveis Níveis FísicosFísicos SubnívelSubnível MACMAC LLCLLC NNííveis veis SuperioresSuperiores MACMAC �� Uma mUma mááquina transmite de cada vezquina transmite de cada vez �� Regras do mecanismo de acesso ao Regras do mecanismo de acesso ao Meio Meio -- CSMA/CA CSMA/CA �� AtravAtravééss dessasdessas regrasregras definedefine--se se quemquem iriráá acessaracessar o o meiomeio ffíísicosico.. TecnologiaTecnologia •• Como dados Como dados sãosão transmitidos transmitidos nana rede rede WirelessWireless ?? IEEE 802.11 IEEE 802.11 -- Visão GeralVisão Geral •• DefineDefine –– Controle de Acesso ao Meio (MAC)Controle de Acesso ao Meio (MAC) »» DFWMAC (DFWMAC (Distributed Foundation Wireless MACDistributed Foundation Wireless MAC)) »» Baseado no CSMA/CABaseado no CSMA/CA –– Nível físicoNível físico »» Transmissão em freqüência de Transmissão em freqüência de rádiorádio ou ou infravermelhoinfravermelho IEEE 802.11 IEEE 802.11 -- Visão GeralVisão Geral •• Níveis físicosNíveis físicos –– InfravermelhoInfravermelho »» 1 Mbps e 2 Mbps (opcional)1 Mbps e 2 Mbps (opcional) –– Rádio em 2,4 GHz (extensão 802.11b e 802.11g)Rádio em 2,4 GHz (extensão 802.11b e 802.11g) »» até 11 Mbps (802.11b)até 11 Mbps (802.11b) »» até 54 Mbps (802.11g)até 54 Mbps (802.11g) –– Rádio em 5 GHz (extensão 802.11a)Rádio em 5 GHz (extensão 802.11a) »» até 54 Mbpsaté 54 Mbps »» Não compatívelNão compatível 802.11n802.11n Rádio em 5 Rádio em 5 GhzGhz e taxas > 100 e taxas > 100 MbpsMbps 4 802.11b802.11b •• Geralmente usado em uma configuração Geralmente usado em uma configuração pontoponto--aa-- multipontomultiponto,, em que um ponto de acesso (AP) em que um ponto de acesso (AP) comunica via uma antena comunica via uma antena omnidirecionalomnidirecional com um com um ou mais clientes localizados em uma ou mais clientes localizados em uma área de área de coberturacobertura ao redor do APao redor do AP –– Alcances típicos para ambientes internos (Alcances típicos para ambientes internos (indoorindoor): 30 m a ): 30 m a taxas de 11 taxas de 11 MbitMbit/s e 90 m a 1 /s e 90 m a 1 MbitMbit/s. /s. •• Com antenas externas de alto ganho o protocolo Com antenas externas de alto ganho o protocolo pode pode tambemtambem ser usado em configurações fixas ser usado em configurações fixas pontoponto--aa--pontoponto –– Alcances típicos: até 8 Alcances típicos: até 8 kmskms »» Há menção de alcances até 80Há menção de alcances até 80––120 km quando a linha de 120 km quando a linha de visada (LOSvisada (LOS-- lineline ofof sightsight ) puder ser estabelecida)puder ser estabelecida »» ATENÇÃO: limites legais quando a potência efetiva ATENÇÃO: limites legais quando a potência efetiva irradiada.irradiada. 802.11b802.11b •• Cartões 802.11b podem operar a Cartões 802.11b podem operar a 11 11 MbitMbit/s/s –– Podem retroagir para 5.5, 2, e 1 Podem retroagir para 5.5, 2, e 1 MbitMbit/s /s ((AdaptiveAdaptive Rate Rate SelectionSelection), se houver problemas ), se houver problemas de qualidade de sinalde qualidade de sinal –– Taxas de dados Taxas de dados mais baixasmais baixas usam métodos usam métodos menos complexos e mais redundantes de menos complexos e mais redundantes de codificação de dadoscodificação de dados »» Menos suscetíveisMenos suscetíveis a corrupção devido a interferência a corrupção devido a interferência e atenuação do sinale atenuação do sinal –– Extensões ao protocolo 802.11b (por exemplo, Extensões ao protocolo 802.11b (por exemplo, via técnicas de transmissão em rajadas) para via técnicas de transmissão em rajadas) para aumentar a velocidade para 22, 33, e 44 aumentar a velocidade para 22, 33, e 44 MbitMbit/s/s »» Porém são extensões proprietáriasPorém são extensões proprietárias �� Não endossadas pelo IEEE Não endossadas pelo IEEE Antenas Antenas •• Antenas usadas com dispositivos IEEE 802.11b Antenas usadas com dispositivos IEEE 802.11b podem ser agrupadas em duas categorias: podem ser agrupadas em duas categorias: omnidirecionaisomnidirecionais e e pontoponto--aa--pontoponto •• OmnidirecionaisOmnidirecionais: mais fáceis de usar: mais fáceis de usar –– Não requerem posicionamentoNão requerem posicionamento –– Usadas na maioria das estaçõesUsadas na maioria das estações--bases e cartões de bases e cartões de acessoacesso –– Entretanto, devido a sua natureza física, NÃO funcionam Entretanto, devido a sua natureza física, NÃO funcionam bem sobre longas distâncias, exceto usadas com bem sobre longas distâncias, exceto usadas com amplificadores externosamplificadores externos »» Nem sempre legais ou apropriados para usoNem sempre legais ou apropriados para uso –– Alcance típico: 45 mAlcance típico: 45 m •• PontoPonto--aa--pontoponto (Direcionais): (Direcionais): –– Requerem cuidadoso posicionamentoRequerem cuidadoso posicionamento –– São usadas em ambientes externos (outdoors)São usadas em ambientes externos (outdoors) –– Antenas direcionais com alto ganho podem trabalhar em Antenas direcionais com alto ganho podem trabalhar em distâncias até 40Kmdistâncias até 40Km Desempenho Desempenho •• Fatores típicos que afetam o desempenho Fatores típicos que afetam o desempenho em redes 802.11b:em redes 802.11b: –– Antena, distância, interferência rádioAntena, distância, interferência rádio •• Outros fatores:Outros fatores: –– No modo No modo infraestruturadoinfraestruturado, quando todos os , quando todos os dispositivos têm que se registrar com as dispositivos têm que se registrar com as estaçõesestações--bases, a carga nas bases, a carga nas BSsBSs aumenta com aumenta com o número de clientes e pode chegar a um ponto o número de clientes e pode chegar a um ponto em que o desempenho atinge níveis em que o desempenho atinge níveis inaceitavelmente baixosinaceitavelmente baixos 802.11a802.11a •• A emenda 802.11a ao padrão original foi ratificada em 1999A emenda 802.11a ao padrão original foi ratificada em 1999 •• 802.11a usa o mesmo protocolo central do original802.11a usa o mesmo protocolo central do original •• Opera na banda de 5 GHzOpera na banda de 5 GHz •• Usa Usa orthogonalorthogonal frequencyfrequency--divisiondivision multiplexingmultiplexing (OFDM) com (OFDM) com uma taxa de dados máxima (nominal )de 54 uma taxa de dados máxima (nominal )de 54 MbitMbit/s/s –– ThroughputsThroughputs realistas na faixa de 20 realistas na faixa de 20 MbitMbit/s. /s. –– Pode ser reduzida para 48, 36, 24, 18, 12, 9 e 6 Pode ser reduzida para 48, 36, 24, 18, 12, 9 e 6 MbitMbit/s se /s se necessário.necessário. •• Tem 12 canais não sobrepostos, 8 dedicados a ambientes Tem 12 canais não sobrepostos, 8 dedicados a ambientes indoorindoor e 4 a pontoe 4 a ponto--aa-- ponto. ponto. •• Banda de 2.4 GHz: pesadamente utilizadaBanda de 2.4 GHz: pesadamente utilizada –– Usar a banda de 5 GHz dá ao 802.11aUsar a banda de 5 GHz dá ao 802.11a aa vantagem de menos vantagem de menos interferênciainterferência –– Entretanto, a alta freqüência da Entretanto, a alta freqüência da portadoraportadora restringe o uso do restringe o uso do 802.11a802.11a aa quase quase lineline ofof sightsight, necessitando o uso de mais , necessitando o uso de mais APsAPs –– Também faz com que o 802.11a não consiga penetrar tão longe Também faz com que o 802.11a não consiga penetrar tão longe quanto o 802.11b já que é mais absorvido, quando outras quanto o 802.11b já que é mais absorvido, quando outras características do sinal são iguais (como a potência)características do sinal são iguais (como a potência) 802.11g802.11g •• Junho de 2003Junho de 2003→→ ratificação de uma terceira ratificação de uma terceira variação do padrão: 802.11gvariação do padrão: 802.11g –– Trabalha na banda de 2.4 GHz (como 802.11b) mas opera Trabalha na banda de 2.4 GHz (como 802.11b) mas opera a uma taxa de dados bruta máxima de 54 a uma taxa de dados bruta máxima de 54 MbitMbit/s (cerca de /s (cerca de 24.7 24.7 MbitMbit/s de /s de throughputthroughput líquido) como 802.11a. líquido) como 802.11a. –– Hardware 802.11g funciona com hardware 802.11bHardware 802.11g funciona com hardware 802.11b »» Entretanto, a presença de um participante 802.11b reduz Entretanto, a presença de um participante 802.11b reduz significativamente a velocidade de uma rede 802.11gsignificativamente a velocidade de uma rede 802.11g –– Esquema de modulação usado é o Esquema de modulação usado é o orthogonalorthogonal frequencyfrequency-- divisiondivision multiplexingmultiplexing (OFDM) para taxas de dados de 6, 9, (OFDM) para taxas de dados de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, e 54 12, 18, 24, 36, 48, e 54 MbitMbit/s/s »» reverte para (como o 802.11b) CCK para 5.5 e 11 reverte para (como o 802.11b) CCK para 5.5 e 11 MbitMbit/s e /s e para DBPSK/DQPSK+DSSS para 1 e 2 para DBPSK/DQPSK+DSSS para 1 e 2 MbitMbit/s/s –– Embora o 802.11g opere na mesma banda de freqüência Embora o 802.11g opere na mesma banda de freqüência do 802.11b, pode obter taxas de dados mais altas devido do 802.11b, pode obter taxas de dados mais altas devido a suas similaridades com o 802.11a. a suas similaridades com o 802.11a. 5 Arquitetura do padrão IEEE 802.11Arquitetura do padrão IEEE 802.11 •• A área coberta é dividida emA área coberta é dividida em célulascélulas •• BSA (Basic Service Area) BSA (Basic Service Area) –– São as célulasSão as células –– tamanho varia com tamanho varia com características do meiocaracterísticas do meio e e dos dos transmissores/receptorestransmissores/receptores •• BSS (Basic Service Set)BSS (Basic Service Set) –– Grupo de estaçõesGrupo de estações que se comunicam dentro que se comunicam dentro de de uma célulauma célula (BSA) usando meio sem fio (BSA) usando meio sem fio –– Possui um BSSPossui um BSS--IDID Arquitetura do padrão IEEE 802.11Arquitetura do padrão IEEE 802.11 BSS: BSS: BasicBasic ServiceService SetSet BSA: BSA: BasicBasic ServiceService AreaArea BSABSA EE--11 EE--22 EE--33 EE--44 EE--55BSSBSS Arquitetura do padrão IEEE 802.11Arquitetura do padrão IEEE 802.11 •• DS (Sistemas de Distribuição)DS (Sistemas de Distribuição) –– Pensar como Pensar como backbonebackbone (qualquer tecnologia de (qualquer tecnologia de rede)rede) »» 802.3,802.4,802.5, FDDI,802.11802.3,802.4,802.5, FDDI,802.11 –– InterligaInterliga diversas diversas BSABSA –– Permite a ligação com outras redesPermite a ligação com outras redes DS (Sistemas de Distribuição)DS (Sistemas de Distribuição) •• ComponenteComponente lógicológico do do 802.11 802.11 usadousado parapara encaminharencaminhar quadrosquadros (frames) (frames) parapara seuseu destinodestino »»CombinaçãoCombinação de um de um mecanismomecanismo de de ponteponte e e meiomeio físicofísico de de distribuiçãodistribuição –– PadrãoPadrão 802.11 NÃO 802.11 NÃO especificaespecifica qualquerqualquer tecnologiatecnologia parapara oo –– Na Na maiormaior parteparte dasdas aplicaçõesaplicações comerciaiscomerciais, , umauma rederede EthernetEthernet é é usadausada comocomo o o meiomeio físicofísico do DSdo DS DS (Sistemas de Distribuição)DS (Sistemas de Distribuição) •• Na Na linguagemlinguagem do 802.11, o do 802.11, o backbonebackbone Ethernet é o Ethernet é o meiomeio físicofísico ((mediummedium) do DS ) do DS »» EntretantoEntretanto, , nãonão é o DS é o DS completocompleto!! –– Para Para encontrarencontrar o o restoresto do DS, do DS, procuramosprocuramos no no pontoponto de de acessoacesso (AP)(AP) »» A A maioriamaioria dos dos APsAPs comerciaiscomerciais atuamatuam comocomo pontes pontes ((bridges)bridges) »» ElesEles têmtêm no no mínimomínimo umauma interface de interface de rederede wireless e wireless e no no mínimomínimo umauma interface de interface de rederede EthernetEthernet Ponto de Acesso (Access Ponto de Acesso (Access PointPoint -- AP)AP) –– Conecta BSAConecta BSA ao ao sistema de distribuiçãosistema de distribuição –– EstaçõesEstações ((STAsSTAs)) acessam acessam DS DS via via APAP –– QuadrosQuadros emem umauma rederede 802.11 802.11 têmtêm queque ser ser convertidosconvertidos parapara outrooutro tipotipo de de quadrosquadros parapara seremserem entreguesentregues –– APsAPs realizamrealizam a a funçãofunção de de ponteponte semsem fiofio--com com fiofio (wireless(wireless--toto--wired)wired) 6 Ponto de Acesso (Access Ponto de Acesso (Access PointPoint -- AP)AP) Arquitetura do padrão IEEE 802.11Arquitetura do padrão IEEE 802.11 BSBSAA: : BasicBasic ServiceService AreaArea AP: Access PointAP: Access Point DS: DS: SistemaSistema de de DistribuiçãoDistribuição EE--11 APAP EE--22 EE--33 EE--44 EE--55 DSDS EE--11 APAP EE--22 EE--33 EE--44 EE--55 (ponte)(ponte) (ponte)(ponte) BSABSA BSABSA Arquitetura do padrão IEEE 802.11Arquitetura do padrão IEEE 802.11 •• ESA (Extended Service Area)ESA (Extended Service Area) –– Conjunto das Conjunto das BSAsBSAs interligadasinterligadas por um por um DS via DS via APAP´s, isto é a ´s, isto é a área coberta pelos BSAsárea coberta pelos BSAs •• ESS ESS (Extended Service Set)(Extended Service Set) –– Conjunto de estaçõesConjunto de estações formado pelos diversos formado pelos diversos BSSsBSSs conectados por um conectados por um DSDS –– Identificado por um Identificado por um ESSESS--IDID –– Oferece serviços que permitem às STAs se Oferece serviços que permitem às STAs se moverem de um BSS para outromoverem de um BSS para outro de forma de forma transparentetransparente •• PortalPortal –– conexão de redesconexão de redes 802.11 802.11 a redesa redes não 802.11não 802.11 Arquitetura do padrão IEEE 802.11Arquitetura do padrão IEEE 802.11 BSSBSS EE--11 EE--22 EE--33 EE--44 EE--55 Sistema de distribuiçãoSistema de distribuição BSSBSS EE--11 EE--22 EE--33 EE--44 EE--55 ESSESS BSS: BSS: BasicBasic ServiceService SetSet ESS: Extended ESS: Extended ServiceService SetSet AP: Access PointAP: Access Point ESA: Extended ESA: Extended ServiceService AreaArea (ponte)(ponte) (ponte)(ponte) BSABSA BSABSA ESAESA SuporteSuporte a a MobilidadeMobilidade no IEEE 802.11no IEEE 802.11 •• MobilidadeMobilidade: : umauma dasdas principaisprincipais motivaçõesmotivações parapara a a instalaçãoinstalação de de redesredes 802.11802.11 •• EstaçõesEstações podempodem se mover se mover enquantoenquanto conectadasconectadas a a rederede e e transmitirtransmitir quadrosquadros mesmomesmo emem movimentomovimento •• 802.11 802.11 fornecefornece mobilidademobilidade aoao nívelnível dada camadacamada de enlace de dados de enlace de dados dentrodentro de um ESSde um ESS –– MasMas somentesomente se a se a rederede de backbone for um de backbone for um únicoúnico domíniodomínio administrativoadministrativo –– LembreLembre--se se queque APsAPs atuamatuam comocomo bridgesbridges –– O O meiomeio semsem fiofio tambémtambém tem tem queque agiragir comocomo umauma únicaúnica conexãoconexão aoao nívelnível de enlacede enlace SuporteSuporte a a MobilidadeMobilidade no IEEE 802.11no IEEE 802.11 •• SemSem transiçãotransição (No Transition)(No Transition) –– QuandoQuando estaçõesestações NÃO se NÃO se movemmovem parapara forafora dada atualatual áreaárea de de serviçoserviço de de seuseu APAP •• TransiçãoTransição de BSSde BSS –– RequerRequer cooperaçãocooperação entreentre APsAPs –– EstaçõesEstações com o com o mesmomesmo ESS ID ESS ID podempodem se se comunicarcomunicar umasumas com as com as outrasoutras »» PodemPodem estarestar emem diferentesdiferentes áreasáreas BSS e BSS e podempodem estarestar se se movendomovendo entreentre BSSsBSSs 7 SuporteSuporte a a MobilidadeMobilidade no IEEE 802.11no IEEE 802.11 BSS 1 BSS 2 BSS 4 BSS 3 AP 1 AP 2 AP 3 AP 4 ESS 1 Router SuporteSuporte a a MobilidadeMobilidade no IEEE 802.11no IEEE 802.11 •• ESS TransitionESS Transition DS ESS 1 ESS 2 BSS 1 BSS 2 BSS 3 BSS 4 802.11 802.11 –– Tipos de RedeTipos de Rede •• AdAd--Hoc Hoc •• InfraInfra--estruturadaestruturada
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