Frank W. Ruloffs - einstein.informatik.uni-oldenburg.deeinstein.informatik.uni-oldenburg.de/lehre/semester/rechnernetze/04ss/rn1... · 1 © 2004 Frank W. Ruloffs Interproviderkommunikation

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© 2004 Frank W. Ruloffs

InterproviderkommunikationInterproviderkommunikation

Frank W. RuloffsFrank W. Ruloffs

20042004--0707--1111Version 1.01Version 1.01

C CIE Reg. Nr. 2940JNCIS-M #0467

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ÜberblickÜberblick

I. Was ist Interproviderkommunikation

II. Geschichte und Organisation der Interprovider-kommunikation

III. Organisation und Aufbau der NIS

IV. IPv4 Adreßallokierung

V. IP Addressierungstechnologien und – Allokierung

VI. Kommunikationsprotokolle der Interproviderkommunikation

VII. Interproviderstrukturen (Router, AS, CIDR)

VIII. Interproviderkommunikationsprotokolle (RIP, OSPF, BGP)

IX. BGP (Border Gateway Protocol)

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Was ist Interproviderkommunikation?Was ist Interproviderkommunikation?

Interproviderkommunikation besteht generell aus

Kommunikation und Richtlinien zwischen Menschen verschiedener Organisationen

– ARPANET WG, Internet WG

– ISOC (IAB (Internet Architecture Board), IETF (Internet Engineeing TF) , IRTF (Internet Research TF)) (1992)

– W3C– IR (Internet Registry)

Kommunikation zwischen dafür konfigurierten Maschinen mittels Kommunikationsprotokollen

– Interior Gateway Protokolle: RIP, OSPF– Exterior Gateway Protokolle: EGP, BGP

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KAPITEL IKAPITEL I

Geschichte und Organisation der Interproviderkommunikation

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Geschichte: Geschichte: Internet und InterproviderkommunikationInternet und Interproviderkommunikation

01. Januar: Das Internet (ca. 1000 Hosts) konvertiert zu TCP/IP

19681969

DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) schließt einen Vertrag mit BBN (Bolt, Beranek & Newman) zur Realisierung des ARPANET

1970 Die ersten fünf Knoten des ARPANET [56 kbit/s](Uni of California LA, Stanford, Uni of California Santa Barbara, Uni Utah und BBN

19721974

Entwicklung von TCP/IP (Robert Kahn, Vinton Cerf)TCP/IP Specification

1984

Shannon: ‘A Mathematical Theory of Communication’1948

Erfindung der Paketvermittelung (Paul Baran)19641965 Erfindung des Hypertext (Ted Nelson)

1989 Erfindung des WWW (Tim Berners-Lee, Robert Cailliau (CERN))

19881989 Entwicklung von Mosaic (Mark Andreesen)

EUnet wird mit dem ARPAnet verbunden / Erfindung von RIP (Hedrick)

EGP, RFC827 (Eric C. Rosen)1982

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Geschichte: Geschichte: Internet und InterproviderkommunikationInternet und Interproviderkommunikation

BGP (RFC1265) (Y. Rekhter)OSPF (RFC1370) (Lyman Chapin)

19911992

1995 BGP-4 (RFC1771) (Y. Rekhter)

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Entwicklung der Netze Entwicklung der Netze

ARPANET

NFSNET

1985

MILNETMINET

Acceptable Usage Policy, keine kommerzielle VerwendungSkalierungsprobleme (Link Congestion)

National Science Foundation (bis 1988 1,544 Mbit/s)3 stufiges Netzkonzept: Campus, Region, Backbone

NFSNET T1

1988 Realisierung: Merit, MCI und IBM13 Lokationen: Merit, BARRNET, MidNet, WestNet, NorthWestNet, SESQUINET , SURnet, NCAR und 5 NSF SCC

1969

1990Advanced Network and Services (Backbone and NOC)

1995

Frühe1990‘erAufbau von ISP Netzen (UUNET, Qwest, Sprint, ...)

1993T3 AusbauInterNIC

Implementierung von NAPs, FIXs & CIXsImplementierung des RA (Routing Arbiter, eXch Policies&Addressing)

vBNS 155Mbit/s (MCI, NSF)

19992,44 Gbit/s, MCI

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Network Network Information ServicesInformation Services

1993 InterNIC => AT&T, NSIDirectory Services

– Zugang zu Internet White Pages (X.500, WHOIS, netfind)– Informationen über Objekte und Personen

Database Services– Zugang zu Kommunikationsdokumenten

• Request for Comments [ RFCs]• Internet Drafts [IDs], IETF Meeting Minutes, ...

Registration Services (RFC 1174)– IANA (Internet Assigned Numbers Authority) realisiert durch USC ISI

(Information Science Institute)– Netz Zuweisung, AS Zuweisung => RIRs, IRRs (Routing Rontact &

Routing Policy Information)

Network Solution, Inc. (bis 1998): – Domain Name Registration– Domain Name Server Registration

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RIR RIR & & IRRIRR

Die Aufteilung der Welt in Regional Internet Registries (RIRs) und Internet Routing Registries (IRRs)

ARIN RR

RADB

RIPE RR

JPRR

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Prozess des Prozess des AdreßmanagementsAdreßmanagements im Internetim Internet

IANAIANA

IANAIANA

RIRRIR

RIRRIR

ISPISP

ISPISP

BGPBGP

IETFIETFD

eleg

atio

n

Ann

ounc

emen

t

Allo

kier

ung

Allo

kier

ung

IETF (Internet Engineering Task Force)IANA (Internet Assigned Numbers Authority)RIR (Regional Internet Registry)ISP (Internet Service Provider) oder LIR (Local Internet Registry)BGP (Border Gateway Protocol)

LIR

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Wachstum der Internet Wachstum der Internet RoutingtabelleRoutingtabelle

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04

# Routen

3508.500

20.000

50.50060.000

68.00076.265

106.221113.401

118.713

139.139

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Aktuelle Aktuelle AdreßallokierungAdreßallokierung

IANA Pool35%

IETF Res.8%

Multicast6%

Allokiert46%

RIR Pool5%

Quelle APNIC, 2003

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IP IP Address DepletionAddress Depletion

32 Bits erlauben theoretisch ca. 4 Mrd. AdressenVon IANA prognostiziert: 2020Grundlagen

– Prognosen: IANA, RIR, BGP– Modelle: Linear, Exponetial

Lineares Modell: 2037Exponetiell: 2022

Unicast 86%

IANAMulticast

8%

6%

Adressaufteilung51%

IANA Multicast8%

6%IANA Pool35%

IANA allokiert

Adressbelegung

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KAPITEL IIKAPITEL II

Kommunikationsprotokolle der Interproviderkommunikation

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Interproviderkommunikation: Praxis BeispielInterproviderkommunikation: Praxis Beispiel

C:\>tracert www.cisco.com

Routenverfolgung zu www.cisco.com [198.133.219.25] über maximal 30 Abschnitte:

1 36 ms 36 ms 36 ms clp2-r2.ewetel.net [212.6.112.11]

2 36 ms 36 ms 36 ms ge-bbrt14.clp.ewe-ip-backbone.de [212.6.112.1]

3 38 ms 37 ms 36 ms 80.228.21.90

4 51 ms 52 ms 51 ms so-0-0-3-bbrt-21.lon.ewe-ip-backbone.de [80.228.109.58]

5 51 ms 52 ms 52 ms ge-2-0-184.ipcolo1.London1.Level3.net [212.187.151.25]

6 51 ms 52 ms 52 ms ae-0-54.mp2.London1.Level3.net [212.187.131.146]

7 118 ms 116 ms 118 ms as-0-0.bbr1.NewYork1.Level3.net [4.68.128.106]

8 193 ms 193 ms 192 ms ge-0-1-0.bbr2.SanJose1.Level3.net [64.159.1.130]

9 192 ms 193 ms 194 ms ge-9-2.ipcolo1.SanJose1.Level3.net [64.159.2.163]

10 195 ms 195 ms 195 ms p1-0.cisco.bbnplanet.net [4.0.26.14]

11 195 ms 194 ms 194 ms sjck-dmzbb-gw1.cisco.com [128.107.239.9]

12 194 ms 195 ms 194 ms sjck-dmzdc-gw2.cisco.com [128.107.224.77]

Level-3

BBN

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Struktur des InternetStruktur des Internet

Vermaschung von Autonomen Systemen (AS)

Ein oder mehrere AS repräsentieren einen Internet Service Provider (ISP)

AS9144 AS11

AS91

AS144

AS13720

AS815

AS1704

ISP1

ISP2

ISP3

ISP4

ISP5

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Interproviderstrukturen: Interproviderstrukturen: Begrifflichkeiten IBegrifflichkeiten I

Was ist das Internet?– Dr. Vinton Cerf

• The largest network of networks in the world.• Uses TCP/IP protocols and packet switching .• Runs on any communications substrate.

Was ist ein Router?– Ein Router ist ein System in einem

Rechnerverbund das• Pakete (und Frames) auf Grundlage von

Richtlinien (Policies) und Wegeinformationen –abgeleitet aus IGPs bzw. EGPs – vermitteln kann.

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Interproviderstrukturen: Interproviderstrukturen: Begrifflichkeiten IIBegrifflichkeiten II

Was ist ein AS?– Ein Autonomes System (AS) ist eine Menge von Routern

• mit einer eindeutigen Routing Policy• unter einer technischen Administration• benutzt ein IGP um AS internes Routing zu realisieren• repräsentiert sich nach außen als eine Einheit, mit einer eindeutigen

Nummer• die eine Inter-AS Kommunikation über ein EGP realisieren

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Interproviderstrukturen: Interproviderstrukturen: Begrifflichkeiten IIIBegrifflichkeiten III

Was ist CIDR (Classless Interdomain Routing)?• Class A 0.0.0.0 – 127.255.255.255 (Unicast)• Class B 128.0.0.0 – 191.255.255.255 (Unicast)• Class C 192.0.0.0 – 223.255.255.255 (Unicast)• Class D 224.0.0.0 – 239.255.255.255 (Multicast)• Class E 240.0.0.0 – 255.255.255.255 (Res. Experimental)

– Beim CIDR werden IP Netze als Prefixe repräsentiert -> Mögl. Aggregierung– [IP Address] / [Maskierung] z.B. 128.1.70.0 / 24

11000110 00100000 00000001 00000000

0 8 16 24

11111111 11111111 11111111 0000000011111111 11111111 00000000 00000000

Prefix Prefix Länge

Class C: 198.32.1.0Maske 255.255.255.0Maske 255.255.0.0

Supernet

Normale Subnetzmaske

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Interproviderkommunikation: ISO OSI Ref. Mod.Interproviderkommunikation: ISO OSI Ref. Mod.

IP PaketeIP Pakete

FramesFrames

BitsBits

TCPTCP UDPUDP

BG

PB

GP

FTP

FTP

RIP

RIP

TFT

PT

FTP

2121179179 520520 6969

66 1717Transport

Vermittlung

Sicherung

Bitübertragung

Transport

Vermittlung

Sicherung

Bitübertragung

Port Nummer

Protokoll Nummer

Typ, SAP oder Kontrollinform.

MAC oder WAN AdresseO

SP

FO

SP

F

8989

21


Protokolle der Interproviderkommunikation: RIPProtokolle der Interproviderkommunikation: RIP

Das Distance Vektor KonzeptDer Router übergibt periodisch vollständige Kopien der Routing Tabelle zuNachbarroutern und akkumuliert die Distanzverktoren

A

B

C

D

A B c D

RoutingTabelleRoutingRoutingTabelleTabelle




22


Distance Vector: TopologiebestimmungDistance Vector: Topologiebestimmung

Router entdecken den besten Pfad zu einem Zielnetz ausgehend vonRoutingtabellen-Informationen, die sie vom Nachbarn erhalten

D

A B CW X Y Z

Routing TabelleRouting Routing TabelleTabelle

WWXXYYZZ

00001122


XXYYZZWW

00001111


YYZZXXWW

00001122

0 1 0 1 0 1

23


Distance Vektor: Distance Vektor: TopologieänderungTopologieänderung

Updates schreiten Schritt für Schritt, von Router zu Router voran

A B

´B´Sendet dieses

Routing TabellenUpdate

´B´´B´Sendet Sendet diesesdieses

Routing Routing TabellenTabellenUpdateUpdate

Prozess um diese

Routing Tabelle zu verarbeiten

Prozess um Prozess um diese diese

Routing Routing Tabelle zu Tabelle zu verarbeitenverarbeiten

Änderung in der Topologie

verursacht einen Update der Routing

Tabelle

Änderung in Änderung in der Topologie der Topologie

verursacht verursacht einen Update einen Update der der Routing Routing

TabelleTabelle

Prozess um diese

Routing Tabelle zu verarbeiten

Prozess um Prozess um diese diese

Routing Routing Tabelle zu Tabelle zu verarbeitenverarbeiten

24


Protokolle der Interproviderkommunikation: OSPFProtokolle der Interproviderkommunikation: OSPF

Das Link State KonzeptNach einem initialen Flooding werden lediglich kleine, ereignisgesteuerteLink State Updates zu allen Routern geschickt

TopologischeDatenbank


Shortest Path First Tree

SPF Algorithmus

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Link State: TopologiebestimmungLink State: Topologiebestimmung

Router kalkulieren den kürzesten Pfad zu einem Ziel parallel

A B CW X Y Z

DLink-State PaketLinkLink--State PaketState Paket

WWXX

0011

Link-State PaketLinkLink--State PaketState Paket

XXYY

0011

Link-State PaketLinkLink--State PaketState Paket

0011

YYZZ

ARoutingTabelle

AARoutingRoutingTabelleTabelle

SPF Tree

Topologie DatenbankTopologie Topologie DatenbankDatenbank SPF

BRoutingTabelle

BBRoutingRoutingTabelleTabelle

SPF Tree


CRoutingTabelle

CCRoutingRoutingTabelleTabelle

SPF Tree


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Link State: Link State: TopologieänderungTopologieänderung

Update Prozesse werden aufgrund ein und desselben Link State Updates angestoßen

Änderung in der

Topologie innerhalb eines Link

State Updates

Änderung in Änderung in der der

Topologie Topologie innerhalb innerhalb eines Link eines Link

State State UpdatesUpdates

Prozess um diese Routing

Tabelle zu verarbeiten

Prozess Prozess um diese um diese Routing Routing

Tabelle zu Tabelle zu verarbeitenverarbeiten

C





B





A

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Distance Vektor vs. Link Distance Vektor vs. Link statestate

Distance VectorDistance VectorNetztopologien werden aus der Sicht von Nachbarn generiert

Fügt einen Distance Vector pro Router-Hop hinzu

Häufige, wiederkehrende Updates: langsame Konvergenz

Reicht Kopien der Routing Tabelle an Nachbar-Routern weiter

Link StateLink StateErhält eine Gesamtsicht auf die Netztopologie

Kalkuliert den kürzesten Pfad zu anderen Routern

Ereignisgesteuerte Updates: schneller Konvergenz

Reicht Link State Updates zu anderen Routern weiter

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RFC 1771Intelligente Routenwahl basierend auf

– Spezifischstem Prefix– Kürzestem AS Pfad

Unterstützung von Classless Interdomain Routing (CIDR)

Aktueller de facto Standard für das externe Inter-Domain Routing

Interproviderkommunikation: BGP Version 4Interproviderkommunikation: BGP Version 4

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BGP: Generelle FunktionalitätBGP: Generelle Funktionalität

Multihomed

BGP-4 wird verwendet, um RoutingInformationen zwischen AS‘en auszutauschen

Pfad Vektor Protokoll

Das Protokoll arbeitet inkrementierend

Läuft über TCP (Port 179)

Übermittelt Informationen über Pfad Topologien

Lernt mehrere Pfade von internen und externen BGP sprechenden Routern

Durch das Anwenden von ‚Policies‘ kann die Auswahl des besten Pfades beeinflusst werden

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BGP: Finite State BGP: Finite State MachineMachine

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BGP AttributeBGP Attribute

Was ist ein Attribut?

– AS Pfad

– Next Hop

– Local Preference

– MED (Multi Exit Discriminator)

– Community

– ...

Attribute beschreiben die Charakteristik eines bestimmten Prefixes

Transitive und nicht-transitive Attribute

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BGP: AS BGP: AS PathPath AttributAttribut

Ein Pfad ist eine Sequenz von AS‘en, die durchquert werden müssen, um zu einer bestimmten Route zu gelangenDient der Schleifenerkennung (Loop Detection)

AS 500

AS 300

AS 200170.10.0.0/16

AS 400150.10.0.0/16

AS 1000180.10.0.0/16

180.10.0.0/16 300 200 1000170.10.0.0/16 300 200180.10.0.0/16 300 200 1000170.10.0.0/16 300 200

180.10.0.0/16 300 200 1000170.10.0.0/16 300 200150.10.0.0/16 300 400

180.10.0.0/16 300 200 1000170.10.0.0/16 300 200150.10.0.0/16 300 400

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Nächster HOP, um ein Netzwerk zu erreichen

Im eBGP ist der Next-Hopgewöhnlich lokales Netz

Im iBGP ist der Next-HOP gewöhnlich nicht lokal

Für externe Routen ändert sich der Next-Hop beim iBGP Announcement nicht

BGP: BGP: NextNext--Hop Hop AttributAttribut

AS 300AS 200150.10.0.0/16

AS 100160.10.0.0/16

A B

150.10.1.1150.10.1.1 150.10.1.2150.10.1.2

150.10.0.0/16 150.10.1.1150.10.0.0/16 150.10.1.1150.10.0.0/16 150.10.1.1150.10.0.0/16 150.10.1.1

AS 300AS 200150.10.0.0/16

AS 100160.10.0.0/16

A B

150.10.1.1150.10.1.1 150.10.1.2150.10.1.2

150.10.0.0/16 150.10.1.1150.10.0.0/16 150.10.1.1150.10.0.0/16 150.10.1.1150.10.0.0/16 150.10.1.1

C

34


BGP:BGP: LocalLocal--PreferencePreference AttributAttribut

Lokal innerhalb des ASWird benutzt, um die BGP Pfadauswahl zu beeinflussenDer Pfad mit der höchsten Local-Preference gewinnt

500500 800800

160.10.0.0/16 500> 160.10.0.0/16 800

160.10.0.0/16 500> 160.10.0.0/16 800

35


BGP: MED AttributBGP: MED Attribut

192.68.1.0/24 2000192.68.1.0/24 2000

192.68.1.0/24 1000192.68.1.0/24 1000

Nicht transitives Attribut

Wird genutzt, um die relativen Preferenzen von AS Eintrittspunkten festzulegen

Beeinflusst die Auswahl des besten Pfades

Wird verglichen, wenn Pfade aus demselben AS kommen

IGP kann als MED übermittelt werden

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BGP:BGP: CommunityCommunity AttributAttribut

Transitives, optionales BGP Attribut, RFC1997, RFC1998

Wird genutzt, um Ziele zu gruppieren

Wird als Integer dargestellt

Jeder Prefix kann ein Mitglied mehrerer Communities sein

Community Attribute werden über AS Grenzen hinweg getragen

Wird im Zusammenhang mit Policies verwendet (accept, prefer, redistribute, etc.)

Format – aa:nn– ‚aa‘ – ASN– ‚nn‘ - 1 bis 4.294.901.760

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Beispiel einer RouteBeispiel einer Route

Path 212.6.93.72 from 212.6.119.14 Vector len 4. Val: 1 3*BGP Preference: 170/-1301

Source: 212.6.119.14Next hop: 80.228.21.89 via ge-7/0/2.0, selectedProtocol next hop: 212.6.119.179 Indirect next hop: 8a65840 543State: <Active Int Ext>Local AS: 9145 Peer AS: 9145Age: 3d 1:43:19 Metric: 11 Metric2: 102Task: BGP_9145.212.6.119.14+179Announcement bits (6): 0-KRT 1-RT 4-LDP 5-Aggregate 6-BGP.0.0.0.0+179 7-Resolve inet.0 AS path: ? (Originator) Cluster list: 212.6.119.14AS path: Originator ID: 212.6.119.179Communities: 9145:1300Localpref: 1300Router ID: 212.6.119.14Indirect next hops: 1

Protocol next hop: 212.6.119.179 Metric: 102 Indirect next hop: 8a65840 543Indirect path forwarding next hops: 1

Next hop: 80.228.21.89 via ge-7/0/2.0212.6.119.179/32 Originating RIB: inet.0

Metric: 102 Node path count: 1Forwarding nexthops: 1

Nexthop: 80.228.21.89 via ge-7/0/2.0

38


BGP Stabilität: Route BGP Stabilität: Route Flap DampeningFlap Dampening

Route Flap– Ein Pfad wechselt seinen Zustand (up / down)– Änderung eines Attributes eines Prefixes– Bewegt sich durch das gesamte Internet fort– Verbraucht CPU Ressourcen

Ziel von Route Flap Dampening: – Reduzierung der Sichtbarkeit des Route Flaps– Schnelle Konvergenz für normale Routenänderungen– Unterdrückung von oszillierenden Routen– Propergieren von unterdrückten Routen

Mittel: – Penalty, Decay, Half-life Time, Suppress-Limit, Reuse-

Limit

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BGP Stabilität: Route BGP Stabilität: Route Flap Dampening Flap Dampening

Addition einer Penalty für jeden FlapExponentieller verfall der PenaltyPenalty > Suppress-Limit: Route nicht propagierenPenalty < Reuse-Limit: Route propagierenWird nur für externe Pfade verwendetAlternative Pfade bleiben erhaltenKontrolle über die Parameter Suppress-Limit, Reuse-Limit und Half-Time

Bewirkt eine Reduktion des Over-heads

Suppress-LimitSuppress-Limit

Reuse-LimitReuse-Limit

40


ENDEVielen Dank für die Aufmerksamkeit.

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