第 16 章 网关冗余和负载平衡
为了减少交换机故障的影响，交换机上有 STP 技术。 然而作为网关的路由器故障了，
又有什么办法？HSRP 和 VRRP 是最常用的网关冗余技术，HSRP 和 VRRP 类似，由多个路由器
共同组成一个组，虚拟出一个网关，其中的一台路由器处于活动状态，当它故障时由备份路
由器接替它的工作，从而实现对用户透明的切换。然而我们希望在冗余的同时，能同时实现
负载平衡，以充分利用设备的能力，GLBP 同时提供了冗余和负载平衡的能力。本章将介绍
它们的具体配置。
网关冗余和负载平衡简介
HSRP
HSRP 是 Cisco 的专有协议。HSRP（Hot Standby Router Protocol）把多台路由器组成
一个“热备份组”，形成一个虚拟路由器。这个组内只有一个路由器是活动的（Active），并
由它来转发数据包，如果活动路由器发生了故障，备份路由器将成为活动路由器。从网络内
的主机来看，网关并没有改变。
HSRP 路由器利用 HELLO 包来互相监听各自的存在。当路由器长时间没有接收到 HELLO
包，就认为活动路由器故障，备份路由器就会成为活动路由器。HSRP 协议利用优先级决定
哪个路由器成为活动路由器。如果一个路由器的优先级比其它路由器的优先级高，则该路由
器成为活动路由器。路由器的缺省优先级是 100。 一个组中，最多有一个活动路由器和一
个备份路由器。
HSRP 路由器发送的多播消息有以下三种：
（1） HELLO: HELLO 消息通知其它路由器发送路由器的 HSRP 优先级和状态信息，HSRP 路
由器默认为每 3 秒钟发送一个 HELLO 消息；
（2） Coup：当一个备用路由器变为一个活动路由器时发送一个 coup 消息；
（3） Resign：当活动路由器要宕机或者当有优先级更高的路由器发送 HELLO 消息时，主
动发送一个 resign 消息。
HSRP 路由器有以下六种状态：
（1） Initial：HSRP 启动时的状态，HSRP 还没有运行，一般是在改变配置或接口刚刚启
动时进入该状态；
（2） Learn：路由器已经得到了虚拟 IP 地址，但是它既不是活动路由器也不是备份路由
器。它一直监听从活动路由器和备份路由器发来的 HELLO 报文；
（3） Listen：路由器正在监听 HELLO 消息；
（4） Speak：在该状态下，路由器定期发送 HELLO 报文，并且积极参加活动路由器或备份
路由器的竞选；
（5） Standby：当活动路由器失效时路由器准备接管数据传输功能；
（6） Active：路由器执行数据传输功能。
VRRP
VRRP 的工作原理和 HSRP 非常类似，不过 VRRP 是国际上的标准，允许在不同厂商的设
备之间运行。VRRP 中虚拟网关的地址可以和接口上的地址相同，VRRP 中接口只有 3个状态：
初始状态(Initialize)、主状态(Master)、备份状态(Backup)。VRRP 有一种报文。
GLBP
HSRP和VRRP能实现网关的冗余，然而如果要实现负载平衡，需要创建多个组，并让客户
端指向不同的网关。GLBP（Gateway Load Balance Protocol）也是Cisco的专有协议，不仅
提供冗余网关功能，还在各网关之间提供负载均衡。GLBP也是由多个路由器组成一个组，虚
拟一个网关出来。GLBP选举出一个AVG(Avtive Virtual Gateway)，AVG不是负责转发数据的。
AVG分配最多四个MAC地址给一个虚拟网关，并在计算机进行ARP请求时，用不同的MAC进行响
应，这样计算机实际就把数据发送给不同的路由器了，从而实现负载平衡。在GLBP中，真正
负责转发数据的是AVF(Avtive Virtual Forwarder)，GLBP会控制GLBP组中哪个路由器是哪
个MAC地址的活动路由器。
AVG的选举和HRSP中活动路由器的选举非常类似，优先级最高的路由器成为AVG，次之的
为Backup AVG，其余的为监听状态。一个GLBP组只能有一个AVG和一个Backup AVG，主的AVG
失败，备份AVG顶上。一台路由器可以同时是AVG和AVF。AVF是某些MAC的活动路由器，也就
是说如果计算机把数据发往这个MAC，它将接收。当某一MAC的活动路由器故障，其它AVF将
成为这一MAC的新的活动路由器，从而实现冗余功能。
GLBP 的负载平衡策略可以是根据不同主机、简单的轮询或者根据路由器的权重平衡，
默认是轮询方式。
实验 1: HSRP
1. 实验目的
通过本实验，读者可以掌握如下技能：
（1） 理解 HSRP 的工作原理
（2） 掌握 HSRP 的配置
2. 实验拓扑
图 16-1 实验 1、实验 2拓扑图
3. 实验步骤
（1） 步骤 1：配置 IP 地址、路由协议等
R1(config)#interface GigabitEthernet0/0
R1(config-if)#ip address
R1(config)#interface Serial0/0/0
R1(config-if)#ip address
R1(config)#router rip
R1(config-router)#network
R1(config-router)#network
R1(config-router)#passive-interface GigabitEthernet0/0
//之所以把 g0/0 接口设为被动接口，是防止从该接口发送 RIP 信息给 R3。
R2(config)#interface GigabitEthernet0/0
R2(config-if)#ip address
R2(config)#interface Serial0/0/0
R2(config-if)#clock rate 128000
R2(config-if)#ip address
R2(config)#interface Serial0/0/1
R2(config-if)#clock rate 128000
R2(config-if)#ip address
R2(config)#router rip
R2(config-router)#network
R2(config-router)#network
R2(config-router)#network
R2(config-router)#passive-interface GigabitEthernet0/0
R3(config)#interface GigabitEthernet0/0
R3(config-if)#ip address
R3(config)#interface Serial0/0/1
R3(config-if)#ip address
R3(config)#router rip
R3(config-router)#network
R3(config-router)#network
R3(config-router)#passive-interface GigabitEthernet0/0
（2） 步骤 2：配置 HSRP
R1(config)#interface g0/0
R1(config-if)#standby 1 ip
//启用 HSRP 功能，并设置虚拟 IP 地址，1 为 standby 的组号。相同组号的路由器属于同
一个 HSRP 组，所有属于同一个 HSRP 组的路由器的虚拟地址必须一致
R1(config-if)#standby 1 priority 120
//配置 HSRP 的优先级，如果不设置该项，缺省优先级为 100，该值大抢占为活动路由器的
优先权越高。
R1(config-if)#standby 1 preempt
//该设置允许该路由器在优先级是最高时成为活动路由器。如果不设置，即使该路由器权值
再高，也不会成为活动路由器。
R1(config-if)#standby 1 timers 3 10
//其中 3 为 HELLO time，表示路由器每间隔多长时间发送 HELLO 信息。10 为 HOLD time，
表示在多长时间内同组的其它路由器没有收到活动路由器的信息，则认为活动路由器故障。
该设置的缺省值分别为 3 秒和 10 秒。如果要更改缺省值，所有同 HSRP 组的路由器的该项设
置必须一致。
R1(config-if)#standby 1 authentication md5 key-string cisco
//以上是配置认证密码，防止非法设备加入到 HSRP 组中，同一个组的密码必须一致。
R2(config)#interface g0/0
R2(config-if)#standby 1 ip
R2(config-if)#standby 1 preempt
R2(config-if)#standby 1 timers 3 10
R2(config-if)#standby 1 authentication md5 key-string cisco
//R2 上我们没有配置优先级，默认为 100。
（3） 步骤 3：检查、测试 HSRP
R1#show standby brief
P indicates configured to preempt.
|
Interface Grp Pri P State Active Standby Virtual IP
Gi0/0 1 120 P Active local
//以上表明 R1 就是活动路由器，备份路由器为
R3#show standby brief
P indicates configured to preempt.
|
Interface Grp Pri P State Active Standby Virtual IP
Gi0/0 1 100 P Standby local
//以上表明 R3 是备份路由器，活动路由器为
在 PC1 上配置 IP 地址 ；在 PC3 上配置
IP 地址 。注意去掉另一网卡的网关。
在 PC1 上连续 ping PC3 上，在 R1 上关闭 g0/0 接口，观察 PC1 上 ping 的结果。如下：
C:\>ping -t
Reply from : bytes=32 time=9ms TTL=254
Reply from : bytes=32 time=9ms TTL=254
Reply from : bytes=32 time=9ms TTL=254
Request timed out.
Reply from : bytes=32 time=9ms TTL=254
Reply from : bytes=32 time=9ms TTL=254
Reply from : bytes=32 time=11ms TTL=254
Reply from : bytes=32 time=9ms TTL=254
//以上可以看到，R1 故障时，R3 很快就替代了 R1，计算机的通信只受到短暂的影响。
R3#show standby brief
P indicates configured to preempt.
|
Interface Grp Pri P State Active Standby Virtual IP
Gi0/0 1 100 P Active local unknown
//以上表明 R3 成为了活动路由器了。
（4） 步骤 4：配置端口跟踪
图 16-1 中，按照以上步骤的配置，如果 R1 的 s0/0/0 接口出现问题，R1 将没有到达 PC3
所在网段的路由。然而 R1 和 R3 之间的以太网仍然没有问题，HSRP 的 HELLO 包正常发送和
接收。因此 R1 仍然是虚拟网关 的活动路由器，PC1 的数据会发送给 R1，这
样会造成 PC1 无法 ping 通 PC3。我们可以配置端口跟踪解决这个问题，端口跟踪使得 R1 发
现 s0/0/0 上的链路出现问题后，把自己的优先级（我们设为了 120）减去一个数字（例如
30），成为了 90。由于 R3 的优先级为默认值 100，R3 就成为了活动路由器。配置如下：
R1(config)#int g0/0
R1(config-if)#standby 1 track s0/0/0 30
//以上表明跟踪的是 s0/0/0 接口，如果该接口故障，优先级降低 30。降低的值应该选取合
适的值，使得其它路由器能成为活动路由器。按照步骤 3测试 HSRP 的端口跟踪是否生效。
（5） 步骤 5：配置多个 HSRP 组
之前的步骤已经虚拟了 网关，对于这个网关只能有一个活动路由器，
于是这个路由器将承担全部的数据流量。我们可以又创建一个 HSRP 组，虚拟出另一个网关
，这时 R3 是活动路由器，让一部分计算机指向这个网关。这样就能做到负
载平衡。以下是有 2 个 HSRP 组的完整配置：
R1 上：
interface GigabitEthernet0/0
standby 1 ip
standby 1 priority 120
standby 1 preempt
standby 1 authentication md5 key-string cisco
standby 1 track Serial0/0/0 30
standby 2 ip
standby 2 preempt
standby 2 authentication md5 key-string cisco
R3 上：
interface GigabitEthernet0/0
standby 1 ip
standby 1 preempt
standby 1 authentication md5 key-string cisco
standby 2 ip
standby 2 priority 120
standby 2 preempt
standby 2 authentication md5 key-string cisco
standby 2 track Serial0/0/0 30
【技术要点】我们这里是创建了两个 HSRP 组，第一个组的 IP 为 ，活动路
由器为 R1，一部分计算机的网关指向 。第二个组的 IP 为 ，
活动路由器为 R2，另一部分计算机的网关指向 。这样，如果网络全部正常
时，一部分数据是 R1 转发的，另一部分数据是 R2 转发，实现了负载平衡。如果一个路由器
出现问题，则另一个路由器就成为两个 HSRP 组的活动路由器，承担全部的数据转发功能。
通过这种方式实现负载平衡，需要计算机在设置网关时有所不同，如果计算机的 IP 是 DHCP
分配的，就不太方便。
【技术要点】HSRP 实际上在局域网用得较多，由于局域网内大多使用三层交换机，所以这
时 HSRP 是在交换机上配置的。
实验 2: VRRP
1. 实验目的
通过本实验，读者可以掌握如下技能：
（1） 理解 VRRP 的工作原理
（2） 掌握 VRRP 的配置
2. 实验拓扑
如图 16-1。
3. 实验步骤
VRRP 的配置和 HSRP 的配置非常相同，不再赘述重复的步骤。
（1） 步骤 1：配置 IP 地址、路由协议等，参见实验 1
（2） 步骤 2：配置多个 VRRP 组，并跟踪接口
R1 上：
R1(config)#track 100 interface Serial0/0/0 line-protocol
R1(config)#interface GigabitEthernet0/0
R1(config-if)#vrrp 1 ip
R1(config-if)#vrrp 1 priority 120
R1(config-if)#vrrp 1 preempt
R1(config-if)#vrrp 1 authentication md5 key-string cisco
R1(config-if)#vrrp 1 track 100 decrement 30
R1(config-if)#vrrp 2 ip
R1(config-if)#vrrp 2 preempt
R1(config-if)#vrrp 2 authentication md5 key-string cisco
//VRRP 的端口跟踪和 HSRP 有些不同，需要在全局配置模式下先定义跟踪目标，才配置 vrrp
中跟踪该目标，我们这里定义了目标 100 是 s0/0/0 接口。
R3 上：
R3config)#track 100 interface Serial0/0/0 line-protocol
R3(config)#interface GigabitEthernet0/0
R3(config-if)#vrrp 1 ip
R3(config-if)#vrrp 1 preempt
R3(config-if)#vrrp 1 authentication md5 key-string cisco
R3(config-if)#vrrp 2 ip
R3(config-if)#vrrp 2 priority 120
R3(config-if)#vrrp 2 preempt
R3(config-if)#vrrp 2 authentication md5 key-string cisco
R3(config-if)#vrrp 2 track 100 decrement 30
R1#show vrrp brief
Interface Grp Pri Time Own Pre State Master addr Group addr
Gi0/0 1 120 3531 Y Master
Gi0/0 2 100 3609 Y Backup
//以上表明 R1 是 虚拟网关的 Master 路由器，是 虚拟网关
的 Backup 路由器。
R3#show vrrp brief
Interface Grp Pri Time Own Pre State Master addr Group addr
Gi0/0 1 100 3609 Y Backup
Gi0/0 2 120 3531 Y Master
//以上表明 R3 是 虚拟网关的 Master 路由器，是 虚拟网关
的 Backup 路由器。
（3） 步骤 3：检查、测试 HSRP，请参见实验 1。
实验 3: GLBP
1. 实验目的
通过本实验，读者可以掌握如下技能：
（1） 理解 GLBP 的工作原理
（2） 掌握 GLBP 的配置
2. 实验拓扑
图 16-2 实验 3 拓扑
3. 实验步骤
（1） 步骤 1：配置 IP 地址、路由协议等
R1(config)#interface GigabitEthernet0/0
R1(config-if)#ip address
R1(config)#interface GigabitEthernet0/1
R1(config-if)#ip address
R1(config)#router rip
R1(config-router)#network
R1(config-router)#network
R1(config-router)#passive-interface GigabitEthernet0/0
R2(config)#interface GigabitEthernet0/0
R2(config-if)#ip address
R2(config)#interface GigabitEthernet0/1
R2(config-if)#ip address
R2(config)#router rip
R2(config-router)#network
R2(config-router)#network
R2(config-router)#passive-interface GigabitEthernet0/0
R3(config)#interface GigabitEthernet0/0
R3(config-if)#ip address
R3(config)#interface GigabitEthernet0/1
R3(config-if)#ip address
R3(config)#router rip
R3(config-router)#network
R3(config-router)#network
R3(config-router)#passive-interface GigabitEthernet0/0
R4(config)#interface Loopback0
R4(config-if)#ip address
R4(config)#interface GigabitEthernet0/1
R4(config-if)#ip address
R4(config)#router rip
R4(config-router)#network
R4(config-router)#network
（2） 步骤 2：配置 GLBP
R1(config)#interface GigabitEthernet0/0
R1(config-if)#glbp 1 ip
//和 HSRP 类似，创建 GLBP 组，虚拟网关的 IP 为
R1(config-if)#glbp 1 priority 200
//配置优先级，优先级高的路由器成为 AVG，默认为 100
R1(config-if)#glbp 1 preempt
//配置 AVG 抢占，否则即使优先级再高，也不会成为 AVG
R1(config-if)#glbp 1 authentication md5 key-string cisco
//以上是配置认证，防止非法设备接入
R2(config)#interface GigabitEthernet0/0
R2(config-if)#glbp 1 ip
R2(config-if)#glbp 1 priority 180
R2(config-if)#glbp 1 preempt
R2(config-if)#glbp 1 authentication md5 key-string cisco
R3(config)#interface GigabitEthernet0/0
R3(config-if)#glbp 1 ip
R3(config-if)#glbp 1 priority 160
R3(config-if)#glbp 1 preempt
R3(config-if)#glbp 1 authentication md5 key-string cisco
（3） 步骤 3：查看 GLBP 信息
R1#show glbp
GigabitEthernet0/0 - Group 1
State is Active
4 state changes, last state change 00:18:16
Virtual IP address is
//以上是虚拟的网关 IP 地址
HELLO time 3 sec, hold time 10 sec
Next HELLO sent in secs
Redirect time 600 sec, forwarder time-out 14400 sec
Authentication MD5, key-string "cisco"
Preemption enabled, min delay 0 sec
Active is local
//以上说明 R1 是活动 AVG
Standby is , priority 180 (expires in sec)
//以上说明 R2 是备份 AVG
Priority 200 (configured)
Weighting 100 (default 100), thresholds: lower 1, upper 100
Load balancing: round-robin
Group members:
() authenticated
() local
() authenticated
//以上显示 GLBP 组中的成员
There are 3 forwarders (1 active)
Forwarder 1
State is Listen
4 state changes, last state change 00:17:08
MAC address is (learnt)
//这是虚拟网关的其中一个 MAC
Owner ID is
Redirection enabled, sec remaining (maximum 600 sec)
Time to live: sec (maximum 14400 sec)
Preemption enabled, min delay 30 sec
Active is (primary), weighting 100 (expires in sec)
Client selection count: 1
Forwarder 2
State is Active
3 state changes, last state change 00:18:28
MAC address is (default)
//以上说明 R1 是 的活动路由器，也就是说如果计算机把数据发往
，将由 R1 接收数据，再进行转发。
Owner ID is
Redirection enabled
Preemption enabled, min delay 30 sec
Active is local, weighting 100
Client selection count: 1
Forwarder 3
State is Listen
2 state changes, last state change 00:18:06
MAC address is (learnt)
Owner ID is
Redirection enabled, sec remaining (maximum 600 sec)
Time to live: sec (maximum 14400 sec)
Preemption enabled, min delay 30 sec
Active is (primary), weighting 100 (expires in sec
通过查看，可以知道：
R1： 的活动路由器
R2： 的活动路由器
R3： 的活动路由器
（4） 步骤 4：检查 GLBP 的负载平衡功能
在 PC1 上配置 IP 地址，网关指向 。并进行如下操作：
C:\>ping
C:\>arp -a
Interface: --- 0x10006
Internet Address Physical Address Type
00-07-b4-00-01-01 dynamic
以上表明 PC1 的 ARP 请求获得网关()的 MAC 为 00-07-b4-00-01-01。
C:\>arp -d
//以上是删除 ARP 缓冲表
C:\>ping
C:\>arp -a
Interface: --- 0x10006
Internet Address Physical Address Type
00-07-b4-00-01-02 dynamic
以上表明 PC1 的再次 ARP 请求获得网关()的 MAC 为 00-07-b4-00-01-02 了，
也就是说 GLBP 响应 ARP 请求时，每次会用不同的 MAC 响应，从而实现负载平衡。
【提示】默认时 GLBP 的负载平衡策略是轮询方式，可以在接口下使用“glbp 1
load-balancing”命令修改，有以下选项：
z host-dependent：根据不同主机的源 MAC 地址进行平衡
z round-robin：轮询方式，即每响应一次 ARP 请求，轮换一个地址
z weighted：根据路由器的权重分配，权重高的被分配的可能性越大。
（5） 步骤 5：检查 GLBP 的冗余功能
首先在 PC1 上用“arp -a”命令确认 的 MAC 地址是什么，从而确定出当
前究竟是哪个路由器在实际转发数据。我们这里 的 MAC 地址为
00-07-b4-00-01-02，从步骤 3 得知是 R1 在转发数据。
在 PC1 上连续 ping ，并在 R1 上关闭 g0/0 接口，观察 PC1 的通信情况：
C:\ >ping -t
Reply from : bytes=32 time<1ms TTL=254
Reply from : bytes=32 time<1ms TTL=254
Request timed out.
Request timed out.
Reply from : bytes=32 time<1ms TTL=254
Reply from : bytes=32 time<1ms TTL=254
//可以看到在 R1 故障后，其它路由器很快接替了它的工作，计算机的通信只受到短暂的影
响。因此 GLBP 不仅有负载平衡的能力，也有冗余的能力。可以使用“show glbp”命令查看
一下谁是 00-07-b4-00-01-02 这个 MAC 的新的活动路由器。
本章小结
本章介绍了 HSRP 和 VRRP 的目的和基本工作原理。HSRP 和 VRRP 都是为了实现网关的冗
余，它们把多个路由器组成一个小组，选出活动路由器，当它故障时，其它路由器接替它的
工作。GLBP 则不仅具有网络冗余功能，还可以提供负载平衡的功能。本章详细介绍了它们
的配置。表 16-1 是本章出现的命令。
表 16-1 本章命令汇总
命令 作用
standby 1 ip 启用 HSRP 功能，并设置虚拟 IP 地址
standby 1 priority 120 配置本路由器的 HSRP 优先级
standby 1 preempt 配置 HSRP 抢占
standby 1 timers 3 10 设置 HSRP 的 HELLO time 和 HOLD time
standby 1 authentication md5 key-string
cisco
配置 HSRP 认证密码，认证方式为 MD5
show standby brief 查看 HSRP 的简要情况
standby 1 track Serial0/0/0 30 跟踪 s0/0/0 接口，当接口故障时，HSRP 优先
级降低 30
vrrp 1 ip 启用 VRRP 功能，并设置虚拟 IP 地址
vrrp 1 priority 120 配置本路由器的 VRRP 优先级
vrrp 1 preempt 配置 VRRP 抢占
vrrp 1 authentication md5 key-string
cisco
配置 VRRP 认证密码，认证方式为 MD5
track 100 interface Serial0/0/0 定义一个跟踪目标号，被跟踪对象为 s0/0/0
line-protocol 接口
vrrp 1 track 100 decrement 30 跟踪目标 100，当目标故障时，优先级降低
30
show vrrp brief 查看 VRRP 的简要情况
glbp 1 ip 启用 GLBP 功能，并设置虚拟 IP 地址
glbp 1 priority 200 配置本路由器的 GLBP 优先级
glbp 1 preempt 配置 GLBP 抢占
glbp 1 authentication md5 key-string
cisco
配置 GLBP 认证密码，认证方式为 MD5
show glbp 查看 GLBP 情况
<<
/ASCII85EncodePages false
/AllowTransparency false
/AutoPositionEPSFiles true
/AutoRotatePages /All
/Binding /Left
/CalGrayProfile (Dot Gain 20%)
/CalRGBProfile (sRGB )
/CalCMYKProfile (. Web Coated \050SWOP\051 v2)
/sRGBProfile (sRGB )
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/ParseICCProfilesInComments true
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/DSCReportingLevel 0
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/EndPage -1
/ImageMemory 1048576
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/OPM 1
/ParseDSCComments true
/ParseDSCCommentsForDocInfo true
/PreserveCopyPage true
/PreserveDICMYKValues true
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/PreserveOverprintSettings true
/StartPage 1
/SubsetFonts true
/TransferFunctionInfo /Apply
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]
/NeverEmbed [ true
]
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/ColorImageMinResolution 300
/ColorImageMinResolutionPolicy /OK
/DownsampleColorImages true
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/ColorImageDownsampleThreshold
/EncodeColorImages true
/ColorImageFilter /DCTEncode
/AutoFilterColorImages true
/ColorImageAutoFilterStrategy /JPEG
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/QFactor
/HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1]
>>
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>>
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/TileWidth 256
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>>
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/TileWidth 256
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>>
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>>
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>>
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