CN116366547A - 一种多模态网络中用户自定义模态的实现方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种多模态网络中用户自定义模态的实现方法及系统,涉及数据通信和网络技术领域,方法包括:设计基础标识,包括:位于数据包头部的地址/标识字段的三元组结构th,以及位于数据包负载区域的地址/标识字段的二元组架构ta;设计复合标识tc,设计编码标识te;建立转发信息表,包括以tc为基础,直接或通过te得到索引Route表的转发等价类,基于转发等价类从Route表找到转发路由;封包时,若数据包头围绕tc生成,数据包头部必包含目的th和源th;若数据包头信息围绕te生成,数据包头部必包含目的te和源te;数据包按照转发信息表完成转发。本申请多模态网络灵活性较好,且可扩展。
Description
技术领域
本申请涉及数据通信和网络技术领域,具体涉及一种多模态网络中用户自定义模态的实现方法及系统。
背景技术
多模态网络是网络在深度可编程和全维可定义等维度发展的产物,是一种新型网络架构和技术。多模态网络旨在将网络技术体制与支撑环境分离,最大程度释放新兴应用驱动的网络技术体制创新活力,极大降低新型网络体制的应用部署与服务提供门槛。多模态网络提出网络基线技术全维可定义的技术理念,构建基于多模态网络环境的新一代信息通信网络基础设施,以可编程“即插即用”接口适配各类网络体制与垂直行业应用场景。
关于网络模态的一种为业内所接受的定义是:凡是按照网络技术体制、网络所支持的行业应用、网络的运维体系以及网络部署等方式定义的物理实体网络,都可以抽象为一种能通过标准化软硬件接口在多模态网络环境上运行的网络模态。
上述网络模态涉及的四个方面种,按照网络技术体制的多模态网络设计和实现是基本的,也是当前主流研究和设计重点考虑的,网络技术体制涉及寻址方式、路由方法、转发行为等方面。
从技术发展路线来看,多模态网络可以看作是SDN(Software DefinedNetworking,软件定义网络)向纵深方向发展的产物,与SDN不同的是,SDN主要致力于网络路由(流表)由应用层来定义,而多模态网络则是寻址方式、转发行为、网络路由、应用场景等方面均可以由上层定义。
虽然多模态网络的目标是全维可定义,但是,当前的研究和实现均围绕着IP模态、新IP模态、身份模态、地理剖分模态、内容模态等模态来展开,基本设计是枚举出各种模态,然后实现时在模态集合里选取一些模态来支持。
事实上,当前和未来的网络模态发展呈现不确定性,并非能够在设计初期就能确定能支持的网络模态。例如,在IETF,就有探索基于名字、基于房间号、基于电话号码等方式来转发的技术;在CCSA,有探索基于不定长地址的转发技术。未来,很可能会出现更多的寻址方式和路由实现方法。
在这样的情况下,依靠穷尽网络模态枚举的实现将面临灵活性和可扩展性方面的挑战,换句话说,如果多模态网络的实现固化了所支持的网络模态,那么新兴网络模态的出现就面临不能被支持的难题。
因此,多模态网络目前存在的问题是:
(1)现有多模态网络技术的出发点依赖于模态的枚举,是静态的网络模态实现,灵活性不足。
(2)成熟的网络产品绑定静态的模态,新业务的出现导致网络产品需要升级硬软件,可扩展性不足。
发明内容
本申请实施例提供一种多模态网络中用户自定义模态的实现方法及系统,以解决相关技术中多模态网络灵活性不足、可扩展性不足的问题。
第一方面,提供了一种多模态网络中用户自定义模态的实现方法,包括:
设计基础标识表示地址/标识的元数据,包括:位于数据包头部的地址/标识字段的三元组结构th,以及位于数据包负载区域的地址/标识字段的二元组架构ta;设计复合标识tc表示完整地址/标识,设计编码标识te作为复合标识的补充;
建立转发信息表,包括以tc为基础,直接或通过te得到索引Route表的转发等价类,基于转发等价类从Route表找到转发路由;
封包时,若数据包头围绕tc生成,数据包头部必包含目的th和源th;若数据包头信息围绕te生成,数据包头部必包含目的te和源te;
数据包按照转发信息表完成转发。
在一些实施例中,所述三元组结构th包括Type、length和value,二元组架构ta包括Offset和Length;复合标识tc是一个多个基础标识的组合;编码标识te=f(tc),其中函数f是编码方法。
在一些实施例中,所述建立转发信息表之前划分转发等价类,所述转发等价类是对于有相同转发行为的tc或te的某一类集合;在一个时间段内,转发等价类是固定的。
在一些实施例中,所述转发信息表为两张表,其中一张为Route表,另一张表用于从tc基于Hash算法得到索引Route表的转发等价类;或者,转发信息表为三张表,其中一张为Route表,一张表用于从tc基于编码算法得到te,另一张表用于从te基于Hash算法得到索引Route表的转发等价类。
在一些实施例中,所述转发信息表为硬表,基于NPU实现;或者,所述转发信息表为软表,基于NFV实现。
在一些实施例中,所述Hash算法为一级组合Hash,将数据包头部标识、数据包内容标识和应用业务组合在一起,再计算CRC16,计算结果作为最终Hash值;或者,所述Hash算法为三级层次化Hash,第一级H1是使用数据包头部多组标识各取末n位重组合的算法,如出现冲突,再采用折叠二次散列;第二级H2是使用多组基于数据包内容标识拼接成向量,再针对得到的向量采用冗余码作为HASH值;第三级H3是使用对业务特征逐一编码,各组编码拼接后再线性散列的算法;其中,H1必需存在,H2和H3是可选存在。
在一些实施例中,如果H1、H2、H3同时存在,则由H1得到一级Hash桶,在一级Hash桶内基于H2得到二级Hash桶,接着在二级Hash桶内基于H3得到最终的Hash值。
在一些实施例中,封包时,若数据包头围绕tc生成,数据包头部还包含目的ta和源ta,和/或ta出现在数据包载荷中;若数据包头信息围绕te生成,ta出现在数据包载荷中。
第二方面,提供一种多模态网络中用户自定义模态的实现系统,包括控制器和其控制的多个多模态网络设备,
多模态网络设备用于设计和实现自定义模态的标识,包括th、ta、tc和te,并报告给控制器;用于从控制器接收标识编码信息、标识和转发等价类关系信息,建立本设备上的转发信息表;还用于按照转发信息表完成数据包转发;
控制器用于从多模态网络设备收集域内所有自定义模态的标识,基于分类方法生成对应的转发等价类,确定标识编码信息下发给其控制的多模态网络设备,下发标识和转发等价类给其控制的多模态网络设备。
在一些实施例中,多模态网络设备如有标识需要更新,将需更新的信息上报控制器;控制器收到标识信息更新需求后,更新标识、转发等价类、下发更新后的标识和转发等价类、标识编码信息给所控制的多模态网络设备。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括:
本申请提出用户自定义网络模态,是全维度可定义在一个维度上的体现。设计基础标识的三元组结构th(Type,length,value)和二元组架构ta(Offset,Length)、复合标识tc以及编码标识te,可无缝、无修改支持未来出现的各种新兴网络模态,未来不管新兴网络模态以何种方式出现,本方法的地址/标识体系均能够支持。
本申请中,转发信息表包括从tc或te通过算法得到索引Route表的转发等价类(Forwarding Equivalent Class,FEC),还包括基于FEC找到路由的Route表,采用二级转发信息表(Forwarding Information Table,FIB)存储,第一级是线性全表,第二级复用的缩略表,节省了存储空间。
进一步的,路由查找策略中,采用二级FIB查询,第一级是Hash,第二级是直接存取,与用户自定义标识的长度不关联,时间复杂度可以小到O(1)。
封包方式灵活,有编码方式(数据包头信息围绕tc生成)和全标识两种(数据包头信息围绕te生成),可以根据网络配置资源进行选择。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为IP网络演进过程出现的问题示意图;
图2为IP模态和其它模态共存互通示意图;
图3为用户自定义模态与其它模态共存互通示意图;
图4为IP网络模态和本申请实施例用户自定义模态的转发对比;
图5本申请实施例由标识得到转发等价类的示意图;
图6本申请实施例转发信息表结构示意图;
图7本申请实施例的编码方法示意图;
图8本申请实施例的封包方式示意图;
图9本申请实施例实现系统的实现过程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
如图1所示,是IP网络演进过程中出现的问题,由于IP网络的下层支撑技术和上层应用技术随着网络的发展不断扩大,使得IP层难以适应,从而采用了给IP层“打补丁”的方法来改进IP层,但这并非是根本性的解决方法。
如图2所示,说明了IP模态和其它模态共存互通示意图。单纯的以传统的IP作为网络实现的基础技术问题很多,而且随着网络的发展会越来越多。而多模态网络是上述问题的可行解决方案。多种网络模态共存于相同的或相异的网络基础设施中,足以弥补IP网络单一技术体系带来的不足。图2同时也是当前多模态网络实现的一个代表性范式:将当前现有的网络模态一一罗列出来,再根据应用场景决定网络模态的选用。这种设计和实现显然未充分考虑到未来可能出现的新兴网络模态。当一种或多种未来新型网络模态出现时,为了支持该模态,需要修改多模态网络转发设备的设计和实现。这实质是当前多模态网络实现的缺陷。
如图3所示,是用户自定义模态与其它模态共存互通示意图。本申请提供了一种多模态网络中用户自定义模态的实现方法及系统,其能解决当前多模态网络灵活性不足,以及对未来可能出现的新兴网络模态支持上的不足,即可扩展性不足的问题。当多模态网络的设计和实现能够支持用户自定义模态,即使新兴的网络模态未得到显式支持,也可通过用户自定义模态来实现,而不需要修改设计。
一种多模态网络用户中自定义模态的实现方法,用户自定义模态需要有支持未来可能出现的所有网络模态的能力。那它的地址和标识描述就应该是通用的、不受限制的。换句话说,传输的数据包的任何内容都可能被作为地址或标识的一部分。该实现方法如下:
设计基础标识表示地址/标识的元数据,包括:位于数据包头部的地址/标识字段的三元组结构th,以及位于数据包负载区域的地址/标识字段的二元组架构ta;设计复合标识tc表示完整地址/标识,设计编码标识te作为复合标识的补充;
建立转发信息表,包括以tc为基础,直接或通过te得到索引Route表的转发等价类(FEC),Route表基于FEC找到转发路由;
封包时,若数据包头围绕tc生成,数据包头部必包含目的th和源th;若数据包头信息围绕te生成,数据包头部必包含目的te和源te;
数据包按照转发信息表完成转发。如图4所示,为目前IP网络模态和本申请实施例用户自定义模态的转发对比。
进一步的,提供一个建立用户自定义模态的地址/标识体系的实施例。具体的,按照网络技术体系划分的网络模态基础和核心的因素是地址/标识的设计,地址/标识结构主要有三个方面。
1.设计基础标识。基础标识是用户自定义网络模态的地址/标识的元数据,主要包括以下两种形式:
三元组结构th(Type,length,value),用于表示位于数据包头部的地址/标识字段;
二元组架构ta(Offset,Length),用于表示位于数据包负载区域的地址/标识字段。
2.设计符合标识tc。复合标识是用户自定义网络模态的完整地址/标识,由基础标识的组合构成,复合标识tc的结构可以用如下公式表示:
tc=(m,th1,th2…thm,n,ta1,ta2…tan)。
3.设计编码标识te。由于复合标识tc有可能很长,在有些应用场景中处理起来较为复杂,因此设计编码标识te作为复合标识tc的补充。下式是对编码标识te的说明:
te=f(tc),其中,函数f是编码方法。
有了以上三个地址/标识的设计,未来不管新兴网络模态以何种方式出现,本方法的地址/标识体系均能够支持。
上述标识设计完之后,需要建立转发信息表(Forwarding Information Table,FIB)。建立FIB之前,提供一个由标识得到转发等价类(Forwarding Equivalent Class,FEC)的实施例。对于有相同转发行为的tc或te的某一类集合称为用户自定义模态转发等价类FECi(Forwarding Equivalent Class i),上述FEC是统称,而FECi表示实施例中的第i个FEC。转发等价类可以看作是转发规则或策略,网络设备基于转发等价类来完成数据包的转发。本实施例借助于控制器实现等价类划分(如图3所示),也就是说,由tc或te得到FECi的功能由控制器实现,由tc或te得到FECi的方法可由下式描述:
FECi=G(tc|te),
其中,G是由地址/标识等到转发等价类的方法,既可以是传统的分类方法,也可以是机器学习算法,机器学习方法可以是监督学习,也可以是无监督学习。如图5所示,表示上述G的一个示例,是基于深度学习神经网络的一个实现。
在一个时间段内,FECi是固定的,随着时间推移,可能会通过控制器修改FECi的转发行为。在不同的时间段,同时FECi可能有不同的转发行为,因为网络拓扑、网络资源以及用户业务可能随着时间的推移而变化。另一方面,FECi可以是全局的等价类标识,它在一个SDN控制器控制的网络域是唯一的;FECi也可以是局部的等价类标识,仅仅在一个多模态网元内部是唯一的。
如图6所示,为转发信息表的结构实施例。物理转发信息表是网络设备的核心部件,网络设备中的处理器或引擎在查找转发信息表的基础上完成数据包的转发。由于网络设备中的存储资源和处理资源都比较宝贵,因此,设计转发信息表在空间和时间两个维度都需考虑到。多模态网络设备基于转发信息表可以知道将数据包发向何处。转发信息表包括以tc为基础,直接或通过te得到索引Route表的FEC,Route表基于FEC找到转发路由。
在一些实施例中,设计方案为:tc→FEC→Route。转发信息表设计为两张表,一张表用于从tc基于Hash算法得到索引另一张表的FEC;另一张表为Route表,基于上述FEC找到数据包的转发路由。
在另一些实施例中,设计方案为:tc→te→FEC→Route;是上一个方案的设计变体。转发信息表设计为三张表,第一张表用于从tc基于编码算法得到te;第二张表则用于从te基于Hash算法得到第三张表的FEC;第三张表为Route表,用于基于FEC找到转发路由。
进一步的,自定义网络模态的转发信息表的物理实现,可以是如下两种方式:
方式一,基于NPU实现,这种方式转发信息表采用的是硬表,性能好,但是资源受限。
方式二,基于NFV实现,这种方式转发信息表采用的是软表,性能较差,但存储资源较为充足。
实际使用时,根据不同使用环境来选择转发信息表的物理实现方式。
上述实施例中,进行路由查找的策略是采用Hash算法得到Route表的索引,Hash算法的输入为tc或te,并且te由tc进行编码得到。tc和te都是自定义网络模态的地址/标识(id)的标识,而Hash算法就是由id得到FEC的过程。
在一些实施例中,可以采用一级组合Hash实现对应的Hash算法。一级组合Hash是将数据包头部标识、数据包内容标识和应用业务组合在一起,再计算CRC16,计算结果作为最终Hash值。
在另一些实施例中,还可以采用三级层次化Hash实现对应的Hash算法。第一级H1是基于数据包头部标识的Hash算法,第二级H2是基于数据包内容标识的Hash算法,第三级H3是基于应用业务的Hash算法,其中H1必需存在,H2和H3是可选存在。
并且,H1、H2和H3使用不同的算法:H1使用数据包头部多组标识各取末n位重组合的算法,如出现冲突,再采用折叠二次散列;H2是使用多组基于数据包内容标识拼接成向量,再针对得到的向量采用诸如RS编码的冗余码作为Hash值;第三级H3是使用对业务特征逐一编码,各组编码拼接后再线性散列的算法。如果H1、H2、H3同时存在,基本的Hash步骤是由H1得到一级Hash桶,在一级Hash桶内基于H2得到二级Hash桶,接着在二级Hash桶内基于H3得到最终的Hash值。
Hash算法的物理实现可以有多种方式。可以基于控制器,集中式查找和转发,这种方式功能强,性能弱,可以采用上述任一种实施例的Hash算法。还可以基于NPU来实现,这种方式一级组合Hash较为适合。此外,还可以基于NFV来实现,上述两种实施例的Hash算法道路适合,可根据计算资源情况选用,计算资源能力强时优先选择三级层次化Hash,否则选取一级组合Hash。
如图7所示,提供一个编码方法的实施例,解决的是将tc映射到te的问题。本实施例综合考虑到头部标识字段、应用标识字段、业务类型字段以及转发等价类信息。编码方式包括固定长度和不定长自解码。固定长度是所有的te长度相同。不定长自解码是不同的te长度不同,但放在一起能自我解析,如哈夫曼编码。
转发信息表设计好后,多模态网络设备基于转发信息表查找得到路由信息,然后按照路由信息转发。路由查找也就是由用户自定义模态的地址/标识得到Route表索引的方法,该方法对处理器的时间复杂度具有决定性的影响,设计得好,时间复杂度可小到O(1)。
如图8所示,提供一个封包方式的实施例,也就是设计用户自定义模态的数据包结构的方法,主要有两种方式。
可以基于tc设计,数据包头信息围绕tc中各字段来生成,目的th和源th必需包含在数据包头部中。数据包头部是否包含目的ta和源ta则是可选的,和/或ta出现在数据包载荷中。
此外,还可以基于te设计,数据包头信息围绕te来生成,目的te和源te必需包含在数据包头部中。ta还可以出现在数据包载荷中。
基于上述各实施例,可以实现数据包的封包以及按照转发信息表完成转发的过程。
本申请还提供一个多模态网络中用户自定义模态的实现系统的实施例,可以用来实现上述方法。该实现系统包括控制器和多个多模态设备,多模态设备主要用来实现转发信息表、数据包封装、路由查找、数据包转发等功能。控制器主要用来实现标识采集、标识编码、等价类划分、等价类与标识对应关系下达等配置和计算功能。
具体的,多模态网络设备用于设计自定义模态的标识,包括th、ta、tc和te,并报告给控制器;用于从控制器接收标识编码信息(由tc得到te的规则)、标识和FEC关系信息,建立本设备上的转发信息表;还用于按照转发信息表完成数据包转发。
控制器用于从多模态网络设备收集域内所有自定义模态的标识,基于分类方法生成对应的FEC,确定标识编码信息下发给其控制的多模态网络设备,下发标识和FEC给其控制的多模态网络设备。
此外,多模态网络设备如有标识需要更新,将需更新的信息上报控制器。控制器收到标识信息更新需求后,更新标识、FEC、下发更新后的标识和FEC、标识编码信息给所控制的多模态网络设备。
如图9所示,本实施例的具体实现流程,包括如下步骤:
S101.多模态网络设备设计自定义模态的标识,并上报给控制器。
S102.控制器收集域内所有多模态网络设备自定义模态的标识,确定标识编码信息下发给所控制的多模态网络设备。
S103.多模态网络设备接收标识编码信息。
S104.控制器配置标识与FEC关系信息给所控制的多模态网络设备。
S105.多模态网络设备接收标识与FEC关系信息,建立本设备上的转发信息表。
S106.多模态网络设备根据收到的数据包查找转发信息表,完成数据包的转发。
需要说明的是,在本申请中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种多模态网络中用户自定义模态的实现方法,其特征在于,包括:
设计基础标识表示地址/标识的元数据,包括:位于数据包头部的地址/标识字段的三元组结构th,以及位于数据包负载区域的地址/标识字段的二元组架构ta;设计复合标识tc表示完整地址/标识,设计编码标识te作为复合标识的补充;
建立转发信息表,包括以tc为基础,直接或通过te得到索引Route表的转发等价类,基于转发等价类从Route表找到转发路由;
封包时,若数据包头围绕tc生成,数据包头部必包含目的th和源th;若数据包头信息围绕te生成,数据包头部必包含目的te和源te;
数据包按照转发信息表完成转发。
2.如权利要求1所述的多模态网络中用户自定义模态的实现方法,其特征在于,所述三元组结构th包括Type、length和value,二元组架构ta包括Offset和Length;复合标识tc是一个多个基础标识的组合;编码标识te=f(tc),其中函数f是编码方法。
3.如权利要求2所述的多模态网络中用户自定义模态的实现方法,其特征在于,所述建立转发信息表之前划分转发等价类,所述转发等价类是对于有相同转发行为的tc或te的某一类集合;
在一个时间段内,转发等价类是固定的。
4.如权利要求2所述的多模态网络中用户自定义模态的实现方法,其特征在于,所述转发信息表为两张表,其中一张为Route表,另一张表用于从tc基于Hash算法得到索引Route表的转发等价类;
或者,转发信息表为三张表,其中一张为Route表,一张表用于从tc基于编码算法得到te,另一张表用于从te基于Hash算法得到索引Route表的转发等价类。
5.如权利要求4所述的多模态网络中用户自定义模态的实现方法,其特征在于,所述转发信息表为硬表,基于NPU实现;
或者,所述转发信息表为软表,基于NFV实现。
6.如权利要求4所述的多模态网络中用户自定义模态的实现方法,其特征在于,所述Hash算法为一级组合Hash,将数据包头部标识、数据包内容标识和应用业务组合在一起,再计算CRC16,计算结果作为最终Hash值;
或者,所述Hash算法为三级层次化Hash,第一级H1是使用数据包头部多组标识各取末n位重组合的算法,如出现冲突,再采用折叠二次散列;第二级H2是使用多组基于数据包内容标识拼接成向量,再针对得到的向量采用冗余码作为HASH值;第三级H3是使用对业务特征逐一编码,各组编码拼接后再线性散列的算法;其中,H1必需存在,H2和H3是可选存在。
7.如权利要求6所述的多模态网络中用户自定义模态的实现方法,其特征在于,如果H1、H2、H3同时存在,则由H1得到一级Hash桶,在一级Hash桶内基于H2得到二级Hash桶,接着在二级Hash桶内基于H3得到最终的Hash值。
8.如权利要求6所述的多模态网络中用户自定义模态的实现方法,其特征在于,封包时,若数据包头围绕tc生成,数据包头部还包含目的ta和源ta,和/或ta出现在数据包载荷中;
若数据包头信息围绕te生成,ta出现在数据包载荷中。
9.一种基于权利要求1-8任一所述方法的多模态网络中用户自定义模态的实现系统,其特征在于,包括控制器和其控制的多个多模态网络设备,
多模态网络设备用于设计和实现自定义模态的标识,包括th、ta、tc和te,并报告给控制器;用于从控制器接收标识编码信息、标识和转发等价类关系信息,建立本设备上的转发信息表;还用于按照转发信息表完成数据包转发;
控制器用于从多模态网络设备收集域内所有自定义模态的标识,基于分类方法生成对应的转发等价类,确定标识编码信息下发给其控制的多模态网络设备,下发标识和转发等价类给其控制的多模态网络设备。
10.如权利要求9所述的多模态网络中用户自定义模态的实现系统,其特征在于,多模态网络设备如有标识需要更新,将需更新的信息上报控制器;控制器收到标识信息更新需求后,更新标识、转发等价类、下发更新后的标识和转发等价类、标识编码信息给所控制的多模态网络设备。
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