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Domain-Name-Service (DNS)

Beim "Domain-Name-System"(oder kurz: DNS) handelt es sich um einenDienst, der zu einem Rechnernamen die zugehörige IP-Nummerliefert und umgekehrt. Das ist in etwa mit der Funktionsweiseeiner Telefonauskunft vergleichbar:Der Kunde ruft bei einer bestimmten Telefonnummer an und fragtnach der Rufnummer eines Teilnehmers. Nachdem er Name und Wohnortder gesuchten Person durchgegeben hat, erhält er als Antwort die gewünschteNummer aus einem Verzeichnis. Genauso läuft eine DNS-Abfrage ab.

Gibt ein Benutzer in seinem Webbrowser zum Beispiel die Adresse

http://www.VereinGegenZuLangeDomainnamenEV.de

ein, dann sorgt ein Teil der Netzwerk-Softwareauf seinem lokalen Rechner dafür, daß ein Name-Server nach der IP-Adressedes Rechners www.vereingegenzulangedomainnamenev.de gefragt wird.Dieser Softwareteil wird als Resolver bezeichnet und entspricht inobigem Beispiel dem Kunden, der die Auskunft anruft.Welche IP-Adresse dieser Server hat, muß dem Klientenrechner natürlich bekannt sein, genauso wie der Kunde eine einzige Telefonnummer wissen muß, nämlich die der Auskunft selbst. Auf der Serverseite arbeitet eine Software, die als "Domain-Name-Server" oder kurz "Name-Server" bezeichnet wird und anhand einer Datenbank ("Zone-File") die passende IP-Nummer zum Rechnernamen liefert, oder einen anderen Name-Server fragt, wenn die Adresse unbekannt ist.

DNS ist ein typisches Beispiel für einen Verzeichnisdienst. Seine Aufgaben sind:
  • Strukturierung der Namen. (Domänen-Konzept)
  • Zuteilung und Verwaltung von Namen.
  • Auflösen von Namen (="Nachschlagen") in beide Richtungen (Name zu Adresse und Adresse zu Name)
  • Zwischenspeichern von Adressen (Caching)
  • Einteilung der Daten in hierarchische Ebenen
  • Verteilung der Daten auf verschiedene Knoten
  • Bereitstellung von Redundanz (Secondary-DNS, Caching-Only-Server)

Domänen-Konzept

In den Anfängen des ARPA-Nets, aus dem das Internet entstand, wurde die Namensauflösung über eine einzige Datei erledigt. Jeder Rechner kopierte sich Nachts per FTP diese Datei von einem Master-Server auf die lokale Platte. Dieses Konzept funktioniert natürlich nur, solange die Anzahl der Namen nicht groß ist. Die benötigte Bandbreite ist proportinal zum Quadrat der beteiligten Rechner. (B ~ N2)

Als Relikt aus dieser Zeit kennt fast jedes Betriebssystem auch heute noch eine Hosts-Datei, in der für kleine Netze Rechner/Nummern-Zuordnungen abgelegt werden könen. (Bei Windows im Verzeichnis \WINDOWS\HOSTS, bei Unix unter /etc/hosts, bei Novell unter SYS:SYSTEM/ETC/HOSTS, etc.) Die Syntax aller dieser Hosts-Dateien ist einfach. Für jeden Rechner gibt es eine eigene Zeile mit dem Inhalt:

                                       IP-Nummer	Hostname Alias Alias ....
                                       
Zum Beispiel:
                                       192.168.112.1    chef dumpfbacke  
                                       192.168.112.2    snow-white
                                       192.168.112.3    Doc
                                       192.168.112.4    Happy
                                       192.168.112.5    Bashful
                                       192.168.112.6    Sneezy
                                       192.168.112.7    Sleepy
                                       192.168.112.7    Grumpy
                                       192.168.112.8    Dopey
                                       
Der Begriff Alias läßt sich dabei am besten durch "Spitzname" (oder englisch Nickname) ersetzen; also ein weiterer Name für ein und den selben Rechner.

Bei einer kleinen Menge von Rechnern ist die Namensverwaltung mit einer Datei noch möglich; für einen so großen und ständig wechselnden Verbund wie das Internet ist sie aber nicht geeignet. Hier ist eine dezentrale Verwaltung mit einem eigens darauf abgestimmten Namensraum nötig.

Der Namensraum des DNS ist in sogenannte Domänen eingeteilt. Die Domänen sind hierarchisch als Baum angeordnet,

Ausgehend von der Wurzel (=Root) des Baumes ist der Namensraum in sogenannte "Toplevel-Domains" eingeteilt. Man unterscheidet dabei zwischen zwei verschiedenen Klassen von Toplevel-Domänen: Den generischen und den länderspezifischen.

Toplevel-Domänen
generisch .com (=commercial; kommerzielle Unternehmen)
.edu (=educational; Bildungsstätten wie Hochschulen und Institute)
.gov (=Government; Amerikanische Regierung)
.mil (=Military; amrikanisches Militär)
.net (=Network; Netzwerk-Provider)
.org (=Organisation; nicht-kommerzielle Organisationen)
länderspezifisch Jeweils ein Länderkürzel für jedes Land.
z.B.:
.de (=Deutschland)
.at (=Östereich)
.to (=Tonga)
.tv (=Tuvalu)

Unterhalb der Toplevel-Domänen folgen Subdomänen, die wiederum Domänen enthalten könen und schliesslich, als Blatt des Baumes, ein einzelner Rechner. Der Name www.netzmafia.de ist also so zu verstehen. In der Toplevel-Domäne ".de" ist die Subdomain "Netzmafia" bekannt. Innerhalb der Subdomain "netzmafia" gibt es einen Rechner namens "www". Analog zu unserem Beispiel mit der Telefonauskunft, ist mit "de" das Land, mit "netzmafia" der Ort und die Straße und mit "www" der Name eines Teilnehmers bestimmt. Die komplette Adresse eines Rechners in der beschriebenen Notation (z.B. (www.netzmafia.de) bezeichnet man als FQDN (Full-Qualified-Domain-Name)

Organisation des DNS im Internet

Federführende Organistation ist ICANN (=Internet Corporation for Assigned Names and Numbers , Adresse: http://www.icann.org ). Gründung 1998. ICANN beauftragt die Verwalter der Zone "." (Wurzel des DNS-Baumes) mit 13 Servern.
                                       A.ROOT-SERVERS.NET.     419849  IN      A       198.41.0.4
                                       B.ROOT-SERVERS.NET.     419849  IN      A       128.9.0.107
                                       C.ROOT-SERVERS.NET.     419849  IN      A       192.33.4.12
                                       D.ROOT-SERVERS.NET.     419849  IN      A       128.8.10.90
                                       E.ROOT-SERVERS.NET.     419849  IN      A       192.203.230.10
                                       F.ROOT-SERVERS.NET.     419849  IN      A       192.5.5.241
                                       G.ROOT-SERVERS.NET.     419849  IN      A       192.112.36.4
                                       H.ROOT-SERVERS.NET.     419849  IN      A       128.63.2.53
                                       I.ROOT-SERVERS.NET.     419849  IN      A       192.36.148.17
                                       J.ROOT-SERVERS.NET.     333980  IN      A       198.41.0.10
                                       K.ROOT-SERVERS.NET.     333980  IN      A       193.0.14.129
                                       L.ROOT-SERVERS.NET.     330784  IN      A       198.32.64.12
                                       M.ROOT-SERVERS.NET.     330784  IN      A       202.12.27.33
                                       
Bis auf die Server I (Stockholm), K (London) und M (Tokio) stehen alle Server in den USA. Der Server A ist der primäre Server, alle anderen sind seine Secondaries. Eine Liste dieser Root-Server muss jeder DNS-Server haben (Ausnahme: Cache-Only-Server). Erzeugung der Liste mit dem Kommando:
                                       dig @rs.internic.net . ns > root.servers
                                       

Die Namen, die im Internet verwendet werden müssen dabei einige Spezifikationen erfüllen:

  • Die Länge eines Namensteiles (Domänen- oder Rechnername) darf maximal 63 Zeichen betragen.
  • Die Gesamtlänge des Full-Qualified-Domain-Names darf 255 Zeichen nicht überschreiten.
  • Nur Buchstaben, Ziffern und "-" sind in den Namen zugelassen. Dabei muss jeder Name mit einem Buchstaben oder einer Ziffer beginnen und enden. ("3bla-fasel" ist zulässig, "3bla-" aber nicht.)
  • Zwischen Groß- und Kleinschreibung wird nicht unterschiedem.
Bei der Registrierung einer Domain unterhalb von ".de" gelten zusätzlich noch folgende Regeln:
  • Der Domainname muß mindestens 3 Zeichen haben. Insgesamt gibt es in ".de" noch 4 Domains mit nur 2 Buchstaben, die aus Besitzstands-Gründen beibehalten werden.
  • Wegen eines weit verbreiteten Fehlers in der Named-Server-Software sind Domains mit den gleichen Namen wie Toplevel-Einträge verboten. (Also z.B.: "at.de") Das ist in RFC 1535 näher beschrieben.
  • KFZ-Kennzeichen können nicht registriert werden.

Ein wichtiger Bestandteil des DNS-Konzeptes ist die Aufteilung der benötigten Datenbank auf viele verschiedene Rechner. Da das Gesamtsystem voll funktionsfähig bleiben muß, auch wenn ein Server ausgefallen ist, wir die Datenhaltung mit Hilfe von Zuständigkeiten gelöst: Zu jeder Domain gibt es mindestens einen zugehörigen Server, der verantwortlich die darin enthaltenen Subdomains oder Rechner verwaltet, oder die Verwaltung an einen weiteren Server weiterdelegiert. Am Stamm des DNS-Baumes sitzen dazu die "Root-Server", die alle einträge ihrer jeweiligen Domain kennen. Das heißt, daß der Root-Nameserver der Domäne ".de" einen Eintrag für den Named-Server der Domain "netzmafia.de" besitzt. Dieser Server hat wieder eine Liste der in "netzmafia.de" enthaltenen Rechner und Subdomains.

Die Frage eines Clients nach der IP-Nummern eines Rechners wird wie folgt abgewickelt:

  1. Der Client-Rechner "grumpy.zwerge.org" stellt die DNS-Anfrage nach "wwww.netzmafia.de" an seinen zuständigen DNS-Server. Dessen IP-Nummer muß dem Client bekannt sein.
  2. Kennt der Named-Server der Domain "zwerge.org" die Antwort nicht, so erkundigt er sich beim Root-Servers von ".de" nach der Adresse des Name-Servers von "netzmafia.de".
  3. Der Root-Server fragt den Named-Server der Domäne "netzmafia.de".
  4. Der DNS von "netzmafia.de" antwortet dem Root-DNS.
  5. Der Root-DNS gibt die Antwort an den DNS von "zwerge.org" weiter.
  6. Der DNS-Server von "zwerge.org" liefert die IP-Nummer an den anfragenden Client. Damit ist die DNS-Abfrage abgehandelt.

DNS-Typen

Man unterscheidet folgende DNS-Typen
  • Cache-Only
    • Besitzt keine eigenen Tabellen mit Rechnernamen (Zone-Files).
    • Alle Anfragen werden an einen übergeordneten Server weitergegeben.
    • Adressen werden zwischengespeichert.
    • Zweck: Z.B. Entlastung einer Providerleitung
    • Sehr einfach einzurichten.
  • Secondary-DNS
    • Besitzt eigene Tabellen, die er vom Primary-DNS kopiert.
    • Die Tabellen können aber nicht verändert werden.
    • Zweck: Lastteilung, Backup
    • Einfach einzurichten.
  • Primary-DNS
    • Besitzt eigene Tabellen für eine oder mehrere Zonen.
    • Tabellen können lokal verändert werden.
    • Server ist "authoritative" für seine Zone.
    • Relativ hoher Aufwand für Einrichtung und Pflege.

Aufbau der Dateien des DNS-Servers (ab BIND 8.x)


Aufbau der Zonendatei

Beispiel des Primary DNS "aella.serverzwerge.de":
                                       ; Zonendatei fuer die Domaene serverzwerge.de
                                       ;
                                       $TTL 1D
                                       @       in      SOA     aella.serverzwerge.de.  dnsadmin.aella.serverzwerge.de. (
                                                       2002051505        ; Seriennummer
                                                       10800   ; Refresh : 3 Stunden
                                                       3600    ; Retry   : 1 Stunde
                                                       604800  ; Expire  : 1 Woche
                                                       86400)  ; Min. TTL: 1 Tag
                                                       NS              aella.serverzwerge.de.
                                                       MX              10 aella.serverzwerge.de.
                                                       MX              50 mail.irgendeinprovider.de.
                                        
                                       aella           A       10.23.200.100
                                       snowwhite       A       10.23.200.17
                                       doc             A       10.23.200.18
                                       happy           A       10.23.200.19
                                       bashful         A       10.23.200.20
                                       sneezy          A       10.23.200.21
                                       sleepy          A       10.23.200.22
                                       grumpy          A       10.23.200.23
                                       dopey           A       10.23.200.24
                                                       HINFO   "Hexium 7.5" "Linux"
                                        
                                       beispiel        CNAME   aella
                                       

Rückwärtsauflösung

Beispiel des Primary DNS "aella.serverzwerge.de":
                                       ; Reverse-Zonendatei fuer die Domaene serverzwerge.de
                                       ;
                                       $TTL 1D
                                       @     in   SOA     aella.serverzwerge.de.     dnsadmin.aella.serverzwerge.de. (
                                                       2002051602      ; Seriennummer
                                                       10800   ; Refresh : 3 Stunden
                                                       3600    ; Retry   : 1 Stunde
                                                       604800  ; Expire  : 1 Woche
                                                       86400)  ; Min. TTL: 1 Tag
                                                       NS      aella.serverzwerge.de.
                                        
                                       100             PTR     aella.serverzwerge.de.
                                       17              PTR     snowwhite.serverzwerge.de.
                                       18              PTR     doc.serverzwerge.de.
                                       19              PTR     happy.serverzwerge.de.
                                       20              PTR     bashful.serverzwerge.de.
                                       21              PTR     sneezy.serverzwerge.de.
                                       22              PTR     sleepy.serverzwerge.de.
                                       23              PTR     grumpy.serverzwerge.de.
                                       24              PTR     dopey.serverzwerge.de.
                                       

Beispiel eines Cache-Only-Servers

Datei "/etc/named.conf":
                                       // Beispiel fuer einen Cache-Only-Server
                                       //
                                       options {         // Arbeitsverzeichnis fuer die DNS-Daten
                                                 directory "/var/named";
                                                 forward only;   // nur weiterleiten, keinen Server selbst fragen
                                                 forwarders {    // Anfragen nur ueber diesen Server
                                                       10.23.200.100;
                                                 };
                                       };
                                        
                                       zone "." in {
                                                  type hint;
                                                  file "root.hint"; // Tabelle mit den Root-Servern
                                       };
                                        
                                       zone "localhost" in {
                                                  type master;
                                                  file "localhost.zone";
                                       };
                                        
                                       zone "0.0.127.in-addr.arpa" in { // fuer Reversed-Loopback
                                                  type master;
                                                  file "127.0.0.rev";
                                       };
                                       

Start des Servers über "/etc/rc.d/named start". Bei SusE-Distributionen bis einschließlich 7.3 muß vor dem Start in der Datei "/etc/rc.config" die Variable "START_NAMED="yes" gesetzt werden.

Kontrolle des Server-Starts dann mit:

                                       root@schrottsocke:/etc # tail -f /var/log/messages
                                       Jun  3 21:20:09 n6-lbs named[2037]: starting (/etc/named.conf).  named 
                                        8.2.4-REL Thu Sep 20 04:20:40 GMT 2001        root@knox:/usr/src/packages/
                                         BUILD/bind8-8.2.4/bin/named
                                       Jun  3 21:20:09 n6-lbs named[2037]: hint zone "" (IN) loaded (serial 0)
                                       Jun  3 21:20:09 n6-lbs named[2037]: master zone "localhost" (IN) loaded 
                                        (serial 42)
                                       Jun  3 21:20:09 n6-lbs named[2037]: master zone "0.0.127.in-addr.arpa" (IN) 
                                        loaded (serial 42)
                                       Jun  3 21:20:09 n6-lbs named[2037]: listening on [127.0.0.1].53 (lo)
                                       Jun  3 21:20:09 n6-lbs named[2037]: listening on [10.23.200.22].53 (eth0)
                                       Jun  3 21:20:09 n6-lbs named[2037]: Forwarding source address is [0.0.0.0].32768
                                       Jun  3 21:20:09 n6-lbs named[2038]: group = named
                                       Jun  3 21:20:09 n6-lbs named[2038]: user = named
                                       Jun  3 21:20:09 n6-lbs named[2038]: Ready to answer queries.
                                       

Beispiel eines Secondary-Servers

Datei "/etc/named.conf":
                                       // Beispiel: Secondary DNS fuer die Domain serverzwerge.de
                                       //
                                        
                                       // Access-Control-List fuer internes Netz definieren
                                       acl intern {
                                         10.23.0.0/16;  // alle Rechner im Netz 10.23.0.0
                                       };
                                       options {         // Arbeitsverzeichnis fuer die DNS-Daten
                                                 directory "/var/named";
                                                 forwarders {    // Anfragen nur ueber diesen Server
                                                     10.23.200.100;
                                                 };
                                                 allow-transfer {
                                                    intern;  // Zonen-Transfer vom internen Netz
                                               };
                                       };
                                        
                                       zone "." in {
                                                  type hint;
                                                  file "root.servers"; // Tabelle mit den Root-Servern
                                       };
                                        
                                       zone "0.0.127.in-addr.arpa" in { // fuer Reversed-Loopback
                                                  type master;
                                                  file "127.0.0.rev";
                                       };
                                        
                                       zone "serverzwerge.de" in { // Domaene serverzwerge.de, vorwaerts aufgeloest
                                                  type slave;   // sekundaerer Server
                                                  file "serverzwerge.zone"; // Name der Tabelle
                                                  masters {
                                                    10.23.200.100;     // IP-Adr. primaerer Server
                                                  };
                                       };
                                        
                                       zone "200.23.10.in-addr.arpa" in { // Domaene serverzwerge.de rueckwaerts
                                                  type slave;               // sekundaerer Server
                                                  file "10.23.200.rev";   // Name der Tabelle
                                                  masters {
                                                    10.23.200.100;        // IP-Adr. primaerer Server
                                                  };
                                       };
                                       

Start des Servers über "/etc/rc.d/named start". Bei SusE-Distributionen bis einschließlich 7.3 muß vor dem Start in der Datei "/etc/rc.config" die Variable "START_NAMED="yes" gesetzt werden.

Kontrolle des Server-Starts dann mit:

                                       root@schrottsocke:/etc # tail -f /var/log/messages
                                       Jun  3 21:58:50 n6-lbs named[2187]: starting (/etc/named.conf).  named 
                                         8.2.4-REL Thu Sep 20 04:20:40 GMT 2001        root@knox:/usr/src/packages
                                         /BUILD/bind8-8.2.4/bin/named
                                       Jun  3 21:58:50 n6-lbs named[2187]: hint zone "" (IN) loaded (serial 0)
                                       Jun  3 21:58:50 n6-lbs named[2187]: master zone "0.0.127.in-addr.arpa" (IN) 
                                         loaded (serial 42)
                                       Jun  3 21:58:50 n6-lbs named[2187]: slave zone "serverzwerge.de" (IN) loaded 
                                         (serial 2002051505)
                                       Jun  3 21:58:50 n6-lbs named[2187]: slave zone "200.23.10.in-addr.arpa" (IN) 
                                         loaded (serial 2002051602)
                                       Jun  3 21:58:50 n6-lbs named[2187]: listening on [127.0.0.1].53 (lo)
                                       Jun  3 21:58:50 n6-lbs named[2187]: listening on [10.23.200.22].53 (eth0)
                                       Jun  3 21:58:50 n6-lbs named[2187]: Forwarding source address is [0.0.0.0].32768
                                       Jun  3 21:58:50 n6-lbs named[2188]: group = named
                                       Jun  3 21:58:50 n6-lbs named[2188]: user = named
                                       Jun  3 21:58:50 n6-lbs named[2188]: Ready to answer queries.
                                       

DNS-Tools


nslookup

Syntax: nslookup [-option ... ] [host-to-find] [-server]

Zum Beispiel:

                                       root@schrottsocke#nslookup www.netzmafia.de -10.23.200.100
                                       Server: 10.23.200.100
                                       Address: 10.23.64.1
                                       Non-authoritative answer:
                                       Name: www.netzmafia.de
                                       Address:  141.39.253.210
                                       
Ruft man nslookup ohne Parameter auf, schaltet das Programm in den interaktiven Modus. Um alle Rechner der Domäne serverzwerge.de anzuzeigen, gibt man der Reihe nach folgendes ein:
                                       nslookup 
                                       >set q=any 
                                       >server 10.23.200.100 
                                       >ls -d serverzwerge.de.
                                       

dig und host

Syntax: host [-l] [-v] [-w] [-r] [-d] [-t querytype] [-a] host [server]

Zum Beispiel wollen wir alle Rechner in der Domäne serverzwerge.de vom DNS-Server 10.23.200.100 holen:

                                       host -al serverzwerge.de. 10.23.200.100
                                       

Syntax: dig [@server] domain [] [] [+] [-] [%comment]

Tabelle aller Root-Name-Server in die Datei root.servers schreiben:

                                       dig ors.internic.net . ns»> root.server-s
                                       

DNS-Abfragen in Perl

Das erste Script zeigt, wie mit der Funktion gethostbyname der Name-Service abgefragt wird. Die Funktion liefert im Listen-Kontext etliche Elemente zurück, von uns die letzten interessieren: Das Array @addrs mit den im Binärformat vorliegenden IP-Adressen, die nur noch ausgepackt werden müssen.
                                       #!/usr/bin/perl -w
                                        
                                       my $host = $ARGV[0] || die "usage: $0 hostname";
                                       
                                       my ($name, $aliases, $addrtype, $length, @addrs) = 
                                           gethostbyname($host);
                                       
                                       foreach $i (@addrs) 
                                         {
                                         my ($a, $b, $c, $d) = unpack('C4', $i);
                                         print "$a.$b.$c.$d\n";
                                         }
                                       

Reverse Lookup

Manchmal kommt es vor, daß zwar die IP-Adresse eines Servers vorliegt, zu der man den Namen sucht. Nachdem im Internet für ordnungsgemäß registrierte Server auch reverse-DNS-Einträge existieren, ist das kein Problem. Den Namen eines Rechners, dessen IP-Adresse gegeben ist, ermittelt das folgende Script. Die Perl-Funktion gethostbyaddr erwartet die umzuwandelnde IP-Adresse in einer C-Struktur, welche die Funktion inet_aton aus dem Socket-Modul erzeugt. Als zweiten Parameter wird wieder das AF_INET-Makro verwendet.
                                       #!/usr/bin/perl -w
                                       
                                       use Socket;
                                       
                                       $ip_string = $ARGV[0] || die "usage: $0 ipaddr";
                                       
                                       $ip = inet_aton($ip_string);
                                       $host = (gethostbyaddr($ip, AF_INET))[0];
                                       print $host, "\n";
                                       

MX-Records

Das dritte Listing zeigt, wie man den MX-Record eines Eintrags in der DNS-Datenbank anzapft. Das auf dem CPAN erhältliche Modul Net::DNS von Michael Fuhr vereinfacht den Zugriff. Es arbeitet dabei mit Resolver-Objekten vom Typ Net::DNS::Resolver, die Anfragen an DNS-Server stellen und Antworten liefern. Im Programm löst der Aufruf der mx-Funktion, die ein Resolver-Objekt und den Domain-Namen als Parameter erwartet, eine DNS-Anfrage aus. mx liefert eine Liste von Objekten vom Typ Net::DNS::RR zurück, deren Inhalte sich mit den Methoden preference (Prioritäts-Wert) und exchange (Mail-Vermittlungsrechner) ermitteln lassen. Bei auftretenden Fehlern ist die zurückgegebene Liste @mx leer.

                                       #!/usr/bin/perl -w
                                       
                                       use Net::DNS;
                                       
                                       my $domain = $ARGV[0] || die "usage: $0 domain";
                                       my $resolver = new Net::DNS::Resolver;
                                       
                                       # MX-Record abfragen 
                                       my @mxrecs = mx($resolver, $domain);
                                       if (@mxrecs) 
                                         {
                                         # Gefunden!
                                         foreach $rec (@mxrecs) 
                                           {
                                           print $rec->preference, " ", 
                                                  $rec->exchange, "\n";
                                           }
                                         } 
                                       else 
                                         {
                                         # Leere Liste, Fehler!
                                         print "Kein MX-Record für $domain: ", 
                                                 $resolver->errorstring, "\n";
                                         }
                                       

DNS-Server BIND

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