CN115529223B - 一种基于级联交换机的双冗余网卡切换方法 - Google Patents

一种基于级联交换机的双冗余网卡切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于级联交换机的双冗余网卡切换方法，属于网络通讯技术和冗余管理技术领域。本发明能够实时监测网络交换机的工作状态，并根据网络交换机的工作状态选择使用网络设备的哪个网卡进行工作；当网络设备之间出现通信故障时，能够及时定位故障原因，即定位是网卡故障还是网络交换机故障。

Description

一种基于级联交换机的双冗余网卡切换方法
技术领域
本发明属于网络通讯技术和冗余管理技术领域，具体涉及一种基于级联交换机的双冗余网卡切换方法。
背景技术
为了提高控制系统中网络传输的可靠性，控制系统中的各个网络终端设备中均采用双冗余网卡的工作方式，并且各个网络终端设备连接在交换机上进行相互通信。网络设备A中包括网卡1和网卡2，网络设备B中包括网卡11和网卡22。为了保证网络设备A和网络设备B中双冗余网卡正常工作，将网络设备A中的网卡1连接到网络交换机A上，将网络设备A中的网卡2连接到网络交换机B上，将网络设备B中的网卡11连接到网络交换机A上，将网络设备B中的网卡22连接到网络交换机B上。网络交换机A和网络交换机B通过级联端口进行物理连接。
在上述控制系统中，若网络交换机A和网络交换机B均正常工作，当网络设备A和网络设备B中有一块网卡故障时，网络设备A和网络设备B均能切换到另一块网卡并进行正常通信。若网络交换机A或者网络交换机B发生故障，且与该故障交换机连接的网卡未检测出通信链路有故障时，则该网卡对应的网络设备不会切换到另外一个网卡进行工作，即该网络设备不会使用另一个网络交换机和别的网络设备进行通信，最终导致网络设备A和网络设备B通信故障。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何解决目前控制系统中“级联网络交换机故障导致网络设备双冗余网卡不能正常切换”的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于级联交换机的双冗余网卡切换方法，设网络中有两台网络设备，即第一网络设备和第二网络设备，该方法的步骤如下：
S1：第一网络设备通过以太网将报文数据发送给第一网络交换机或者第二网络交换机；
S2：第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网将报文数据发送给第二网络设备；
S3：第二网络设备通过以太网将报文数据发送给第一网络交换机或者第二网络交换机；
S4：第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网将报文数据发送给第一网络设备。
优选地，第一网络设备采用双冗余网卡，记为第一网卡和网卡；第一网卡通过以太网连接在第一网络交换机上，网卡通过以太网连接在第二网络交换机上；
步骤S1中，首先启动第一网络交换机和第二网络交换机工作，然后启动第一网络设备和第二网络设备工作；
第一网络交换机加电后，先对其中的PHY芯片和交换芯片进行自检，通过读取这些芯片的状态寄存器的值，判断当前交换机工作状态是否正常，并将当前交换机工作状态周期性地发送给第一网络设备和第二网络设备；
第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网向第一网络设备发送自身工作状态的周期小于第一网络设备中双冗余网卡切换时间的最小值Tmin，Tmin﹥0；
第一网络设备加电后，若在不超过3*Tmin的时间内收到了第一网络交换机的工作状态报文且工作状态正常，表明第一网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路正常，则第一网络设备使用第一网卡和第二网络设备进行通信；若在不超过3*Tmin的时间内收到了第二网络交换机的工作状态报文且工作状态正常，表明第二网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路正常，则第一网络设备使用第二网卡和第二网络设备进行通信。
优选地，若第一网络设备使用第一网卡工作，在加电工作过程中，若连续3次收不到第一网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第一网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路存在故障；此时，第一网络设备判断网卡的链接状态是否正常，若链接状态异常，则第一网络设备上报网卡故障；否则，第一网络设备使用第二网卡工作；若此时第二网卡在加电工作过程中，连续3次收不到第二网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第二网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路存在故障，则第一网络设备上报网络交换机故障；每次持续时间为第一网络设备的双冗余网卡切换时间的最小值
若第一网络设备使用第二网卡工作，在加电工作过程中，连续3次收不到第二网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第二网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路存在故障；此时，第一网络设备判断第一网卡的链接状态是否正常，若链接状态异常，则第一网络设备上报网卡故障；否则，第一网络设备使用第一网卡工作；若此时第一网卡在加电工作过程中，连续3次收不到第一网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第一网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路存在故障，则第一网络设备上报网络交换机故障。
优选地，第一网络设备上电后，将第一网卡和第二网卡设置为相同的MAC地址，并实时监测第一网卡和第二网卡的链路状态；若监测到第一网卡的链路状态正常，则设置当前工作网卡为第一网卡；若监测到第一网卡的链路状态不正常，则判断第二网卡的链路状态，若第二网卡的链路状态正常，则第一网络设备切换到第二网卡进行工作。
优选地，第一网络交换机和第二网络交换机之间通过各自的级联端口进行连接。
优选地，第一网络交换机或者第二网络交换机从某个端口接收到第一网络设备或者第二网络设备发送的数据帧后，读取该数据帧的源MAC地址，并在第一网络交换机或者第二网络交换机的MAC地址表中填入该MAC地址及其对应的端口，建立该MAC地址与交换机端口的映射；
第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网将接收到的网络报文数据从第二网络设备正在使用的端口发送给第二网络设备。
优选地，第二网络设备采用双冗余网卡，记为第三网卡和第四网卡；第三网卡通过以太网连接在第一网络交换机上，第四网卡通过以太网连接在第二网络交换机上；
第二网络交换机加电后，先对其中的PHY芯片和交换芯片进行自检，通过读取这些芯片状态寄存器的值，判断当前交换机工作状态是否正常，并将当前交换机工作状态周期发送给第一网络设备和第二网络设备；
第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网向第二网络设备发送自身工作状态的周期应小于第二网络设备中双冗余网卡切换时间的最小值Tmin，Tmin﹥0；
第二网络设备加电后，若在不超过3*Tmin的时间内收到了第一网络交换机的工作状态报文且工作状态正常，表明第三网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路正常，则第二网络设备使用第三网卡和第一网络设备进行通信；若在不超过3*Tmin的时间内收到了第二网络交换机的工作状态报文且工作状态正常，表明第四网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路正常，则第二网络设备使用第四网卡和第一网络设备进行通信。
优选地，若第二网络设备使用第三网卡工作，在加电工作过程中，连续3次收不到第一网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第三网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路存在故障；此时，第二网络设备判断第四网卡的链接状态是否正常，若链接状态异常，则第二网络设备上报网卡故障；否则，第二网络设备使用第四网卡工作；若此时第四网卡在加电工作过程中，连续3次收不到第二网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第四网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路存在故障，则第二网络设备上报网络交换机故障；
若第二网络设备使用第四网卡工作，在加电工作过程中，连续3次收不到第二网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第四网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路存在故障；此时，第二网络设备判断第三网卡的链接状态是否正常，若链接状态异常，则第二网络设备上报网卡故障；否则，第二网络设备使用第三网卡工作；若此时第三网卡在加电工作过程中，连续3次收不到第一网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第三网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路存在故障，则第二网络设备上报网络交换机故障。
优选地，第二网络设备上电后，将第三网卡和第四网卡设置为相同的MAC地址，并实时监测第三网卡和第四网卡的链路状态；若监测到第三网卡的链路状态正常，则设置当前工作网卡为第三网卡；若监测到第三网卡的链路状态不正常，则判断第四网卡的链路状态，若第四网卡的链路状态正常，则第二网络设备切换到第四网卡进行工作。
优选地，第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网将接收到的网络报文数据从第一网络设备正在使用的端口发送给第一网络设备。
(三)有益效果
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、该方法能够实时监测网络交换机的工作状态，并根据网络交换机的工作状态选择使用网络设备的哪个网卡进行工作；
2、当网络设备之间出现通信故障时，能够及时定位故障原因，即定位是网卡故障还是网络交换机故障。
附图说明
图1为级联交换机上的网络设备连接示意图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提出的一种基于级联交换机的双冗余网卡切换方法，通过实时监测网络交换机的工作状态，并根据网络交换机的工作状态选择使用网络设备的哪个网卡进行工作。在网络交换机级联的前提下，该方法可以保证当两个级联网络交换机中某一个网络交换机出现故障时，网络设备中的双冗余网卡仍能正常工作，从而能够保证连接在网络交换机上各个网络设备中双冗余网卡切换机制的正常运行。
如图1、图2所示，本发明提出的一种基于级联交换机的双冗余网卡切换方法，设网络中有两台网络设备，即网络设备A和网络设备B，该方法的步骤如下：
S1：网络设备A通过以太网将报文数据发送给网络交换机A或者网络交换机B；
网络设备A采用双冗余网卡，记为网卡1和网卡2；网卡1通过以太网连接在网络交换机A上，网卡2通过以太网连接在网络交换机B上。
步骤S1中，首先启动网络交换机A和网络交换机B工作，然后启动网络设备A和网络设备B工作。
网络交换机A加电后，先对其中的PHY(Physical)芯片和交换芯片进行自检，通过读取这些芯片的状态寄存器的值，判断当前交换机工作状态是否正常，并将当前交换机工作状态周期性地发送给网络设备A和网络设备B。
网络交换机A或者网络交换机B通过以太网向网络设备A发送自身工作状态的周期应小于网络设备A中双冗余网卡切换时间的最小值Tmin(Tmin﹥0)。
网络设备A加电后，若在规定的时间内(不超过3*Tmin)收到了网络交换机A的工作状态报文且工作状态正常，表明网卡1和网络交换机A之间的网络通信链路正常，则网络设备A使用网卡1和网络设备B进行通信；若在规定的时间内(不超过3*Tmin)收到了网络交换机B的工作状态报文且工作状态正常，表明网卡2和网络交换机B之间的网络通信链路正常，则网络设备A使用网卡2和网络设备B进行通信。
若网络设备A使用网卡1工作，在加电工作过程中，若连续3次(每次持续时间为网络设备A的双冗余网卡切换时间的最小值)收不到网络交换机A发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明网卡1和网络交换机A之间的网络通信链路存在故障；此时，网络设备A判断网卡2的链接状态是否正常，若链接状态异常，则网络设备A上报网卡故障；否则，网络设备A使用网卡2工作；若此时网卡2在加电工作过程中，连续3次(每次持续时间为网络设备A双冗余网卡切换时间的最小值)收不到网络交换机B发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明网卡2和网络交换机B之间的网络通信链路存在故障，则网络设备A上报网络交换机故障。
若网络设备A使用网卡2工作，在加电工作过程中，连续3次(每次持续时间为网络设备A双冗余网卡切换时间的最小值)收不到网络交换机B发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明网卡2和网络交换机B之间的网络通信链路存在故障；此时，网络设备A判断网卡1的链接状态是否正常，若链接状态异常，则网络设备A上报网卡故障；否则，网络设备A使用网卡1工作。若此时网卡1在加电工作过程中，连续3次(每次持续时间为网络设备A双冗余网卡切换时间的最小值)收不到网络交换机A发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明网卡1和网络交换机A之间的网络通信链路存在故障，则网络设备A上报网络交换机故障。
网络设备A上电后，将网卡1和网卡2设置为相同的MAC(Media Access Control)地址，并实时监测网卡1和网卡2的链路状态；若监测到网卡1的链路状态正常，则设置当前工作网卡为网卡1；若监测到网卡1的链路状态不正常，则判断网卡2的链路状态，若网卡2的链路状态正常，则网络设备A切换到网卡2进行工作。
S2：网络交换机A或者网络交换机B通过以太网将报文数据发送给网络设备B；
网络交换机A和网络交换机B之间通过各自的级联端口进行连接。
网络交换机A或者网络交换机B从某个端口接收到网络设备A或者网络设备B发送的数据帧后，读取该数据帧的源MAC地址，并在网络交换机A或者网络交换机B的MAC地址表中填入该MAC地址及其对应的端口，建立该MAC地址与交换机端口的映射。
网络交换机A或者网络交换机B通过以太网将接收到的网络报文数据从网络设备B正在使用的端口发送给网络设备B。
S3：网络设备B通过以太网将报文数据发送给网络交换机A或者网络交换机B；
网络设备B采用双冗余网卡，记为网卡11和网卡22；网卡11通过以太网连接在网络交换机A上，网卡22通过以太网连接在网络交换机B上。
网络交换机B加电后，先对其中的PHY芯片和交换芯片进行自检，通过读取这些芯片状态寄存器的值，判断当前交换机工作状态是否正常，并将当前交换机工作状态周期发送给网络设备A和网络设备B。
网络交换机A或者网络交换机B通过以太网向网络设备B发送自身工作状态的周期应小于网络设备B中双冗余网卡切换时间的最小值Tmin(Tmin﹥0)。
网络设备B加电后，若在规定的时间内(不超过3*Tmin)收到了网络交换机A的工作状态报文且工作状态正常，表明网卡11和网络交换机A之间的网络通信链路正常，则网络设备B使用网卡11和网络设备A进行通信；若在规定的时间内(不超过3*Tmin)收到了网络交换机B的工作状态报文且工作状态正常，表明网卡22和网络交换机B之间的网络通信链路正常，则网络设备B使用网卡22和网络设备A进行通信。
若网络设备B使用网卡11工作，在加电工作过程中，连续3次(每次持续时间为网络设备B双冗余网卡切换时间的最小值)收不到网络交换机A发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明网卡11和网络交换机A之间的网络通信链路存在故障；此时，网络设备B判断网卡22的链接状态是否正常，若链接状态异常，则网络设备B上报网卡故障；否则，网络设备B使用网卡22工作；若此时网卡22在加电工作过程中，连续3次(每次持续时间为网络设备B双冗余网卡切换时间的最小值)收不到网络交换机B发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明网卡22和网络交换机B之间的网络通信链路存在故障，则网络设备B上报网络交换机故障。
若网络设备B使用网卡22工作，在加电工作过程中，连续3次(每次持续时间为网络设备B双冗余网卡切换时间的最小值)收不到网络交换机B发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明网卡22和网络交换机B之间的网络通信链路存在故障；此时，网络设备B判断网卡11的链接状态是否正常，若链接状态异常，则网络设备B上报网卡故障；否则，网络设备B使用网卡11工作；若此时网卡11在加电工作过程中，连续3次(每次持续时间为网络设备B双冗余网卡切换时间的最小值)收不到网络交换机A发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明网卡11和网络交换机A之间的网络通信链路存在故障，则网络设备B上报网络交换机故障。
网络设备B上电后，将网卡11和网卡22设置为相同的MAC地址，并实时监测网卡11和网卡22的链路状态；若监测到网卡11的链路状态正常，则设置当前工作网卡为网卡11；若监测到网卡11的链路状态不正常，则判断网卡22的链路状态，若网卡22的链路状态正常，则网络设备B切换到网卡22进行工作。
S4：网络交换机A或者网络交换机B通过以太网将报文数据发送给网络设备A。
网络交换机A或者网络交换机B通过以太网将接收到的网络报文数据从网络设备A正在使用的端口发送给网络设备A。
可以看出，本发明能够及时定位网络设备之间出现的通信故障原因，并提高了控制系统网络设备之间通信的可靠性。采用本发明的方案，能完美解决“级联网络交换机故障导致网络设备双冗余网卡不能正常切换”的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于级联交换机的双冗余网卡切换方法，其特征在于，设网络中有两台网络设备，即第一网络设备和第二网络设备，该方法的步骤如下：
S1：第一网络设备通过以太网将报文数据发送给第一网络交换机或者第二网络交换机；
S2：第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网将报文数据发送给第二网络设备；
S3：第二网络设备通过以太网将报文数据发送给第一网络交换机或者第二网络交换机；
S4：第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网将报文数据发送给第一网络设备；
第一网络设备采用双冗余网卡，记为第一网卡和第二网卡；第一网卡通过以太网连接在第一网络交换机上，第二网卡通过以太网连接在第二网络交换机上；
步骤S1中，首先启动第一网络交换机和第二网络交换机工作，然后启动第一网络设备和第二网络设备工作；
第一网络交换机加电后，先对其中的PHY芯片和交换芯片进行自检，通过读取这些芯片的状态寄存器的值，判断当前交换机工作状态是否正常，并将当前交换机工作状态周期性地发送给第一网络设备和第二网络设备；
第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网向第一网络设备发送自身工作状态的周期小于第一网络设备中双冗余网卡切换时间的最小值Tmin，Tmin﹥0；
第一网络设备加电后，若在不超过3*Tmin的时间内收到了第一网络交换机的工作状态报文且工作状态正常，表明第一网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路正常，则第一网络设备使用第一网卡和第二网络设备进行通信；若在不超过3*Tmin的时间内收到了第二网络交换机的工作状态报文且工作状态正常，表明第二网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路正常，则第一网络设备使用第二网卡和第二网络设备进行通信。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若第一网络设备使用第一网卡工作，在加电工作过程中，若连续3次收不到第一网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第一网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路存在故障；此时，第一网络设备判断第二网卡的链接状态是否正常，若链接状态异常，则第一网络设备上报第二网卡故障；否则，第一网络设备使用第二网卡工作；若此时第二网卡在加电工作过程中，连续3次收不到第二网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第二网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路存在故障，则第一网络设备上报第二网络交换机故障；每次持续时间为第一网络设备的双冗余网卡切换时间的最小值；
若第一网络设备使用第二网卡工作，在加电工作过程中，连续3次收不到第二网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第二网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路存在故障；此时，第一网络设备判断第一网卡的链接状态是否正常，若链接状态异常，则第一网络设备上报第一网卡故障；否则，第一网络设备使用第一网卡工作；若此时第一网卡在加电工作过程中，连续3次收不到第一网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第一网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路存在故障，则第一网络设备上报第一网络交换机故障。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，第一网络设备上电后，将第一网卡和第二网卡设置为相同的MAC地址，并实时监测第一网卡和第二网卡的链路状态；若监测到第一网卡的链路状态正常，则设置当前工作网卡为第一网卡；若监测到第一网卡的链路状态不正常，则判断第二网卡的链路状态，若第二网卡的链路状态正常，则第一网络设备切换到第二网卡进行工作。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，第一网络交换机和第二网络交换机之间通过各自的级联端口进行连接。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，第一网络交换机或者第二网络交换机从某个端口接收到第一网络设备或者第二网络设备发送的数据帧后，读取该数据帧的源MAC地址，并在第一网络交换机或者第二网络交换机的MAC地址表中填入该MAC地址及其对应的端口，建立该MAC地址与交换机端口的映射；
第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网将接收到的网络报文数据从第二网络设备正在使用的端口发送给第二网络设备。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第二网络设备采用双冗余网卡，记为第三网卡和第四网卡；第三网卡通过以太网连接在第一网络交换机上，第四网卡通过以太网连接在第二网络交换机上；
第二网络交换机加电后，先对其中的PHY芯片和交换芯片进行自检，通过读取这些芯片状态寄存器的值，判断当前交换机工作状态是否正常，并将当前交换机工作状态周期发送给第一网络设备和第二网络设备；
第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网向第二网络设备发送自身工作状态的周期应小于第二网络设备中双冗余网卡切换时间的最小值Tmin，Tmin﹥0；
第二网络设备加电后，若在不超过3*Tmin的时间内收到了第一网络交换机的工作状态报文且工作状态正常，表明第三网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路正常，则第二网络设备使用第三网卡和第一网络设备进行通信；若在不超过3*Tmin的时间内收到了第二网络交换机的工作状态报文且工作状态正常，表明第四网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路正常，则第二网络设备使用第四网卡和第一网络设备进行通信。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，若第二网络设备使用第三网卡工作，在加电工作过程中，连续3次收不到第一网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第三网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路存在故障；此时，第二网络设备判断第四网卡的链接状态是否正常，若链接状态异常，则第二网络设备上报第四网卡故障；否则，第二网络设备使用第四网卡工作；若此时第四网卡在加电工作过程中，连续3次收不到第二网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第四网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路存在故障，则第二网络设备上报第二网络交换机故障；
若第二网络设备使用第四网卡工作，在加电工作过程中，连续3次收不到第二网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第四网卡和第二网络交换机之间的网络通信链路存在故障；此时，第二网络设备判断第三网卡的链接状态是否正常，若链接状态异常，则第二网络设备上报第三网卡故障；否则，第二网络设备使用第三网卡工作；若此时第三网卡在加电工作过程中，连续3次收不到第一网络交换机发送的工作状态报文或者收到的工作状态异常，表明第三网卡和第一网络交换机之间的网络通信链路存在故障，则第二网络设备上报第一网络交换机故障。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，第二网络设备上电后，将第三网卡和第四网卡设置为相同的MAC地址，并实时监测第三网卡和第四网卡的链路状态；若监测到第三网卡的链路状态正常，则设置当前工作网卡为第三网卡；若监测到第三网卡的链路状态不正常，则判断第四网卡的链路状态，若第四网卡的链路状态正常，则第二网络设备切换到第四网卡进行工作。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，第一网络交换机或者第二网络交换机通过以太网将接收到的网络报文数据从第一网络设备正在使用的端口发送给第一网络设备。
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