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CN1513143A - 以太网保护系统 - Google Patents

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CN1513143A
CN1513143A CNA028112997A CN02811299A CN1513143A CN 1513143 A CN1513143 A CN 1513143A CN A028112997 A CNA028112997 A CN A028112997A CN 02811299 A CN02811299 A CN 02811299A CN 1513143 A CN1513143 A CN 1513143A
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Abstract

一种以太网保护系统，包括以太网通信设备，可操作用来被连接到形成并行连接的第一和第二以太网线路。所述的以太网通信设备可以选择所述第一以太网线路和通过所述的第一以太网线路来发送和接收数据，并根据在第一以太网线路上检测一个失效来自动选择第二以太网线路并通过所述第二以太网线路发送和接收数据。

Description

以太网保护系统
本申请请求受益于2001年6月5日提交的序列号为60/296,058，题为“SelfProtected Dual Ethernet Connection(自保护的双重以太网连接)”的美国临时申请，并且其整个公开文本在此引入作为参考。
发明背景
1.发明领域
本发明涉及数据通信领域。更具体地，本发明涉及在网络中保护两个以太网设备之间的网络连接。这样的连接可以包括例如SONET网络元件和以太网交换机之间的连接。
2.相关技术描述
存在几种用于保护网络连接的技术，例如在局域网(LAN)或广域网(WAN)中。两种流行的保护方案是生成树协议和中继方式(trunking)，生成树协议在IEEE 802.1D标准中记录，而中继方式在IEEE 802.3ad标准中记录。
生成树算法允许以太网中的以太网设备，诸如桥接器和交换机等，动态地创建无回路的路径集。以太网中的回路可以导致产生转发回路，其中，随着新的广播和多点播送业务被传送，广播和多点播送业务无止境地传播并且持续增长。最终，业务率变得如此之高，以至于该以太网网络达到饱和。通过在网络中所有的以太网设备之间建立复杂的分层管理结构，生成树协议在LAN的层次提供网络保护。一种特别的管理协议定期在每个以太网设备之间广播从而监控网络拓扑结构和检测故障状态。如果该路径的一条支路或一部分被中断或者失效，生成树算法允许该以太网动态地建立另一个无回路的路径集。但是，生成树算法可能实现起来很复杂，这取决于以太网的复杂性，并且如果在其中一条路径上发生故障，则需要非常多的时间用于网络重新配置。
中继方式协议提供了一种在两个以太网设备之间积聚多条链路的手段。虽然当在以太网设备间建立了并行连接时通常会发生回路状态，但是通过将并行的连接看作一个积聚组或单独一条链路，中继方式消除了这种回路状态。业务是在并行链路上共享的负载，因此中继方式造成一个容错连接。当一条或多条链路发生故障时，该积聚组将会聚到一个新的配置。但是，发生故障的链路所提供的带宽就丢失了。此外，该标准没有直接的扩展可以与诸如SONET/SDH设备等光传输设备一起工作。最后，积聚组中的所有链路需要被配置在双工模式并且具有相同的带宽。
发明内容
一种以太网保护系统，包括：以太网通信设备可操作用来被连接到形成并行连接的第一和第二以太网线路。该以太网通信设备能够选择第一以太网线路，并且通过该第一以太网线路发送和接收数据，并根据检测第一以太网线路上的失效，自动选择第二以太网线路并通过第二以太网线路发送和接收数据。
一种用于保护由形成并行连接的第一和第二以太网线路所定义的以太网连接的以太网保护系统，包括：第一以太网映射器卡(mappercard)、第二以太网映射器卡和交换设备。该第一以太网映射器卡可操作用来被连接到第一以太网线路；第二以太网映射器卡可操作用来被连接到第二以太网线路。该交换设备被连接到所述第一和第二以太网映射器卡和一个通信线路，该交换设备可操作用来将到通信线路的连接在第一和第二以太网映射器卡之间进行切换。
附图简述
图1是保护两个以太网设备之间的以太网连接的以太网保护系统的框图；
图2和图3是该以太网保护系统的更详细的框图；
图4是该以太网保护系统的另一个实施例的框图；
图5是图示线路检测失败和切换的流程图；和
图6是图示根据线路质量数据来激活可逆和不可逆模式的流程图。
详细描述
以太网保护系统保护连接两个以太网设备的以太网线路不发生线路故障或连接到该线路的以太网网卡不发生故障。图1提供了以太网保护系统10的框图，该以太网保护系统10保护两个以太网设备30和40之间的以太网连接20。第一以太网设备30可以是支持分插多路复用(ADM)、数字交叉连接(DCC)或者两者的SONET网络元件，而第二以太网设备40可以是以太网交换机。网络元件30包括一对以太网映射器卡50和60，每个以太网映射器卡50和60分别与以太网线路52和62相连。所述以太网线路52和62在网络元件30和交换机40之间形成一个并行连接。网络元件30通过SONET/SDH网络70发送和接收数据。SONET/SDH网络70包括其它SONET/SDH设备和以太网设备，例如另一个网络元件80，其也包含通过以太网线路84与另一个以太网交换机90通信的以太网映射器卡82。
该SONET/SDH网络70使用一个STS-N帧格式来发送和接收数据。所述的STS-N帧可以被分为两个主要的区域：传输开销(TOH)和同步有效负载包络(SPE)。该SPE进一步被分为STS路径开销和有效负载。有效负载包括用户想通过SONET/SDH网络70发送和接收的数据。因为该SONET/SDH网络70是一个同步网络，数据被多路复用为SPE用于发送。然后数据可以通过SONET/SDH网络70被传输和交换而不必在中间节点被检查或被解复用。
网络元件30对通过SONET/SDH网络70传输的数据进行复用和解复用。一个提供网络元件功能的典型设备是出自马可尼通信公司(Marconi Communication)的MCN-7000先进多业务载波节点(MCN-7000 Advance Multiple Services Carrier Node)。
以太网映射器卡50和60将以太网帧数据映射到SPE数据，并从SPE数据接收以太网帧数据。因而，网络元件30和以太网映射器卡50和60允许用户通过SONET/SDH网络70传输以太网业务。典型的以太网映射器卡50和60是出自马可尼通信公司(MarconiCommunication)的FastE映射程序以太网卡。
通过经由SONET/SDH网络70传送以太网业务，以太网数据可以在以太网交换机40和90之间被交换。代替网络元件30和交换机40之间的单个以太网线路，然而，以太网线路52和62在网络元件30和交换机40之间形成并行以太网连接20。所述的以太网线路52和62是说明性的一对100BaseT线路。第一线路52被指定为工作线路，第二线路62被指定为保护线路。
相似的，第一以太网映射器卡50被指定为工作以太网映射器卡，第二以太网映射器卡60被指定为保护以太网映射器卡。工作以太网映射器卡50和工作线路52的组合为工作信道54，保护以太网程序映射卡60和保护线路62的组合为保护信道64。在工作信道54激活的正常操作期间，工作信道54被用来发送和接收以太网业务，保护信道64不用来发送和接收以太网业务。因此，不形成转发回路，以太网交换机40也不需要被特别地配置以适应以太网保护系统10。
除非在工作信道54中检测到失效，否则保护信道64不被使用。如果在工作线路52、或者在工作以太网映射器卡50中发生失效，从网络元件30到以太网交换机40的业务被从工作信道54切换到保护信道64。当以太网交换机40从保护线路62接收业务时，以太网交换机40将自动重新配置以使用保护线路62来代替工作线路52。业务中断时间是与在网络元件30中保护切换时间成正比的。
以太网保护系统10也可以被配置成可逆的，其中只要工作信道54恢复，业务就被切换回到工作信道54。
图2和3提供以太网保护系统10更详细的框图。在图2，以太网映射器卡50和60被连接到一个交叉连接交换机100。一个典型的交叉连接交换机100是数字交叉连接设备。该交叉连接交换机100也连接到一个通信线路102，通过所述的通信线路，STS-N数据帧从网络元件30中的线路卡被发送和接收。该交叉连接交换机100也包括交换电路104，所述的交换电路是可操作以把连接切换到工作和保护以太网映射器卡50和60之间的通信线路102。
以太网映射器卡50和60是可操作用来将上游方向中的(箭头110所示的)以太网业务以映射到SONET有效负载包络中。该交叉连接交换机100将SONET有效负载切换到线路卡，该卡是可操作的用来在光纤信道上发送数据。在下游方向(箭头112所示的)，来自线路卡的业务被从交叉连接交换机100仅仅发送到连接到通信线路102的以太网映射程序中。如图2中所描述的，交换电路104已选择工作以太网映射器卡50并取消选定保护以太网映射器卡60。因此，如箭头122所示的，以太网业务被从工作以太网映射器卡50发送到交换机40，如箭头120所示的，业务从以太网交换机40被发送到工作以太网映射卡50。如箭头124所示的，保护以太网映射器卡60不发送以太网业务，并仅仅接收以太网广播业务。
在正常操作期间，工作以太网映射器卡50发送线路质量数据到交叉连接交换机100。该线路质量数据表明工作信道54的状态。线路质量数据值可以表明一个OK状态，在该情形下，以太网映射器卡50正常运行并且数据通过工作线路52被发送和接收。另一方面，线路质量数据值可以表明一个FAIL(失效)状态，表明在工作以太网映射器卡50中出现失效或者工作线路52中出现失效。
线路质量数据可以在STS-N帧的TOH部分中被传输。在图1-3的典型实施例中，线路质量数据是在线路交换配置/线路质量标记(LSC/LQT)16位数据字段中被传输。LSC被保存在数据字段中最高有效字节中，LSB被保存在最低有效字节中。LQT由以太网映射器卡50上的低层次被插入。TOH由交叉连接交换机100的低层次读取。
交叉连接交换机100负责工作以太网映射器卡50和保护以太网映射器卡60之间的交换操作。当交叉连接交换机100接收表明工作以太网映射器卡50或者工作线路52已失效的线路质量数据时，交叉连接交换机100将到通信链路102的连接切换到保护以太网映射器卡60。这样，保护以太网映射卡60被选择，工作以太网映射器卡50被取消选择。然后叉连接交换机100激活保护以太网映射器卡60。
以太网映射器卡50和60最好有相同的配置。然而，一旦将到通信线路102的连接从工作以太网映射器卡50切换到保护以太网映射器卡60，以太网保护系统10可以被配置来自动配置保护以太网映射器卡60成为与工作以太网映射器卡50相同的配置。
图3提供了在从工作以太网映射器卡50切换到保护以太网映射器卡60之后以太网保护系统10的一个框图。如箭头122所示的，以太网业务被从保护以太网映射器卡60发送到交换机40。当以太网交换机40从保护线路62接收业务时，以太网交换机40将自动重新配置它的MAC到以太网—端口表来使用保护线路62代替工作线路52。然后以太网交换机40发送业务到保护以太网映射器卡60，如箭头120所示的。
图4提供了以太网保护系统10的另一个实施例的框图。在该实施例中，以太网保护系统10在具有两个可用端口72和74的单个以太网映射器卡70上实现，该第一端口72连接到工作线路52，第二端口74连接到保护线路62。交叉连接交换机100通过选择以太网映射器卡70上的相应端口72和74来在工作线路52和保护线路62之间切换。当该实施例使用仅仅一个以太网映射器卡70来为工作信道54提供保护信道64时，该实施例也将引入在以太网映射器卡70中单点失效的可能性，该单点失效可能反过来阻止以太网业务在工作和保护线路52和62上被传输。
在以太网映射器卡50和60之间的切换可以被配置成可逆的或者是不可逆的。当切换被配置成可逆的时，当线路质量数据值表明工作信道54从失效状态恢复时，交叉连接交换机100将到通信线路102的连接切换回连接到以太网映射器卡50。当交换被配置成不可逆时，交叉连接交换机100不会将到通信线路102的连接切换回连接到工作以太网映射器卡50。
图5提供说明可以被配置成可逆或者不可逆的双重以太网线路保护交换的流程图400。在步骤402，交叉连接交换机100接收用于工作信道54的线路质量数据。在步骤404，交叉连接交换机100确定线路质量数据是否表明工作信道54中存在故障或失效错误状态。如果在工作信道54没有故障或者失效错误状态，交叉连接交换机100维持通信线路102和工作以太网映射器卡50之间的连接。
然而，如步骤406所示的，如果线路质量数据表明工作信道54中存在故障或者失效，交叉连接交换机100将到通信线路102的连接切换到保护以太网映射器卡60。然后，保护以太网映射器卡60通过保护信道64传输业务。
在步骤408，交叉连接交换机100确定是否已经设定一个可逆选项。如果可逆选项未被设定，线路保护程序结束。
另一方面，如果已经设定一个可逆选项，交叉连接交换机100进入一个“等待至恢复”模式并等待一个时间Tw，如步骤410所示。在等待时间Tw期满之后，交叉连接交换机100为工作信道54检验线路质量数据，如步骤412所示的。在步骤414中，交叉连接交换机100确定工作信道54是否已经恢复。如果工作信道54还没有恢复，步骤410、412和414被重复。但是，如果工作信道54已经恢复，交叉连接交换机100切换回到工作信道54，如步骤416所示的。然后重复步骤402。
在可替换实施例中，在可逆模式中的以太网保护系统10，在工作信道54恢复之后进入一个等待到恢复模式。在工作信道54已经恢复之后，交叉连接交换机100在将到通信线路102的连接从保护以太网映射器卡60切换回工作以太网映射器卡50之前等待一个时间Tw。
在上述的实施例中，一个默认等待到恢复时间是5分钟。等待到恢复时间可以被调整为多于或者少于5分钟。
工作信道54中的失效根据失效的类型也可以被分类，并且以太网保护系统10根据由线路质量数据表明的失效类型可以被配置为可逆或者不可逆的。例如，失效可以被分类为线路失效和卡失效，以太网保护系统10可以被配置为对线路失效是可逆的，和对卡失效是不可逆的。典型的卡失效是电源失效，它是由以太网映射器卡50中的故障、从网络元件30中移去以太网映射器卡50、或者其它引起电源丢失或者以太网映射器卡50处理丢失的事件引起的。一个典型的线路失效是以太网UNLINK状态。
图6提供说明基于典型失效类型的可逆和不可逆模式的启动的流程图500。在步骤502，工作以太网映射器卡50确定是否在工作信道54中已经检测到一个故障或者失效。如果没有检测到故障或者失效，然后在步骤504，线路质量数据被设定到状态“OK”。
然而，如果已经在工作信道54中检测到故障或者失效，工作以太网映射器卡50确定故障或者失效的类型。如果故障或者失效的类型是卡失效，那么线路质量数据被设定为卡失效值，如步骤508所示的。然后交叉连接交换机100将业务切换到保护信道64，如步骤5 10所示的，然后切换过程结束。
然而，如果故障或者失效类型是线路失效，例如以太网UNLINK状态，映射器卡确定失效是否持续一个指定的时间周期，如步骤512值所示的。在工作以太网映射器卡50丢失信号(LOS)的事件中，设定一个UNLINK状态。如果UNLINK状态持续一个指定的时间周期，线路质量数据可以从“OK”状态改变为“LOS”状态。用户可以选择时间周期的持续时间。在图1-3的实施例中，时间周期默认到200毫秒，并且可以从100毫秒到1秒进行调整。
如果失效不持续，线路质量数据被设定为状态“OK”。然而，如果失效确实持续，线路质量数据被设定为线路失效值，如步骤514中所示的。然后以太网保护系统10将业务切换到保护信道64，如步骤516所示的，并在步骤518进入一个可逆模式。可逆模式是如参考上面的步骤410-416所描述的。
在工作和保护以太网映射器卡50和60之间的切换也可以手动地实现，例如通过来自管理接口的用户命令。例如，如果工作以太网映射器卡50被临时移除或者代替，用户可以输入一个引起交叉连接交换机100将到通信线路102的连接从工作以太网映射器卡50切换到保护以太网映射器卡60的命令。典型的用户命令包括强制切换到工作、强制切换到保护、手动切换到工作、手动切换到保护、清除、切断保护。也可以定义和实现其它的用户命令。用户命令和错误状态也可以被列入优先来超越其它用户命令或者超越由错误状态导致的以太网保护系统10切换状态。
强制切换到工作命令引起交叉连接交换机100来切换或保持连接从通信线路102到工作信道54。该命令被列入比在线路质量数据中的错误状态更高的优先级，并因此业务保持在工作信道54上而不管由线路质量数据表明的错误状态。
强制切换到保护的命令引起交叉连接交换机100来切换或保持连接从通信线路102到保护信道64。该命令被列入比在线路质量数据中的错误状态更高的优先级，并因此业务保持在保护信道64上而不管由线路质量数据表明的错误状态。
手动切换到工作命令引起交叉连接交换机100来切换或保持连接从通信线路102到工作信道54，除非发生更高的优先级状态。该命令被列入比在线路质量数据中的错误状态更低的优先级，并因此交叉连接交换机100响应错误状态即使该命令已经被发出。
手动切换到保护命令引起交叉连接交换机100来切换或保持连接从通信线路102到保护信道64，除非发生更高的优先级状态。该命令被列入比在线路质量数据中的错误状态更低的优先级，并因此交叉连接交换机100响应错误状态即使该命令已经被发出。
清除命令清除输入的强制切换到工作、强制切换到保护、手动切换到工作、手动切换到保护命令中的任何一个。
切断保护命令切断切换到保护信道64。这是最高优先级的命令，并且当发出该命令时，以太网保护系统10将不从工作信道54切换通信线路102。
下面的表1提供了用于上面识别的命令和错误状态的典型优先级方案。命令和状态被从1-10排列优先级，1是最高优先级，10是最低优先级。该指示字段详细说明命令或者错误的状态。被选择的信道字段详细说明了当命令或者错误状态被接收时所选择的信道。
优先级 指示 所选择的信道
    1 切断保护 工作
    2 强制切换到保护 工作
    3 强制切换到工作 保护
    4 信号失效工作 工作
    5 信号降低工作 工作
    6 手动切换到保护 工作
    7 手动切换到工作 保护
    8 等待到恢复 保护
    9 不恢复 保护
    10 不请求(例如，工作OK和在可逆模式；工作OK；保护在非可逆模式中) 保护或者工作
表1：命令/错误优先级方案
根据表1，如果最高优先级命令的切断保护命令已经被发出，并在工作信道54中检测到最低优先级状态的信号失效，以太网保护系统10将不切换到保护信道54。相反地，如果手动切换到工作命令已经被发出，并且在工作信道54检测到较高优先级状态的信号失效，则手动切换到工作命令将被忽略。
表1的优先级方案、命令和错误状态是典型的；其它的优先级方案、命令和错误状态也可以被实现。
在此描述的实施例具有与本发明在权利要求中列举的元件相对应的元件的典型的结构、系统或者方法。所写的说明可以使本领域的普通技术人员制造和使用具有与本发明权利要求中所列举的元件同样相应的替换元件的实施例。因此，本发明想要保护的范围包括与权利要求字面上相同的其它结构、系统或者方法，并进一步包括与权利要求字面上具有非实质差异的其他结构、系统或者方法。

Claims (25)

1.一种以太网保护系统，包括：第一以太网通信设备，可操作用来被连接到形成并行连接的第一和第二以太网线路并选择所述第一以太网线路，并且通过第一以太网线路发送和接收数据，一旦在第一以太网线路中检测到失效，所述第一以太网通信设备自动选择所述第二以太网线路并通过第二以太网线路发送和接收数据。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述的第一以太网通信设备包括：
第一以太网卡模块，可操作用来被连接到所述第一以太网线路；
第二以太网卡模块，可操作用来被连接到所述第二以太网线路；以及
交换设备，连接到所述第一和第二以太网卡模块和通信线路，所述交换设备可操作用来将到通信线路连接在第一和第二以太网卡模块之间进行切换。
3.根据权利要求2的系统，其特征在于，所述交换设备进一步可操作用来从所述第一以太网卡模块中检测失效状态，并且根据失效状态的检测将到通信线路的连接从第一以太网卡模块切换到所述第二以太网卡模块。
4.根据权利要求3的系统，其特征在于，所述交换设备进一步可操作用来从所述第一以太网卡模块中检测恢复状态，并且将到通信线路的连接从所述第二以太网卡模块切换回第一以太网卡模块。
5.根据权利要求4的系统，进一步包括第二以太网通信设备，所述第二以太网通信设备可操作用来被连接到所述第一和第二以太网线路并自动配置来通过由所述第一以太网通信设备所选择的以太网线路发送和接收数据。
6.根据权利要求4的系统，其特征在于，所述第一和第二以太网卡模块分别是第一和第二以太网映射器卡。
7.根据权利要求6的系统，其特征在于，所述以太网映射器卡可操作用来发送线路质量数据到交换设备，所述的线路质量数据表明失效状态或者恢复状态。
8.根据权利要求7的系统，其特征在于，所述的交换设备是数字交叉连接交换机。
9.根据权利要求8的系统，其特征在于，所述的第一以太网通信设备是多业务载波节点。
10.根据权利要求3的系统，其特征在于，所述的交换设备进一步可操作用来接收用户命令，并根据用户命令将到所述通信线路的连接在第一和第二以太网卡模块之间进行切换。
11.根据权利要求10的系统，其特征在于，所述的用户命令、失效状态和恢复状态根据优先级方案排列优先权，所述的交换设备可操作用来根据优先级方案将到所述通信线路的连接在所述第一和第二以太网卡模块之间进行切换。
12.根据权利要求3的系统，其特征在于，所述失效状态根据第一和第二失效类别被分类，所述的交换设备可操作用来根据在第一类别检测到失效状态来进入可逆模式，和根据在第二类别检测到失效状态来进入非可逆模式。
13.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述的第一以太网通信设备包括：
以太网卡模块，可操作用来被连接到所述第一和第二以太网线路；和
交换设备，连接到以太网卡模块和通信线路，所述的交换设备可操作用来将所述通信线路的连接在连接到以太网卡模块的第一和第二以太网线路之间进行切换。
14.根据权利要求13的系统，其特征在于，
以太网卡模块进一步可操作用来检测在所述第一以太网线路上的一个失效状态；和
所述的交换设备可操作用来根据失效状态的检测将到所述通信线路的连接从所述第一以太网线路切换到所述第二以太网线路。
15.根据权利要求14的系统，其特征在于：
以太网卡模块进一步可操作用来从所述第一以太网线路中检测一个恢复状态；和
所述交换设备可操作用来将到所述通信线路的连接从所述第二以太网线路切换回到所述第一以太网线路。
16.根据权利要求15的系统，进一步包括第二以太网通信设备，所述第二以太网通信设备可操作用来被连接到所述的第一和第二以太网线路，并自动配置来通过连接到通信线路的所述以太网线路发送和接收数据。
17.根据权利要求16，其特征在于，所述的第一以太网通信设备是一个多业务载波节点。
18.一种用于保护由形成一个并行连接的第一和第二以太网线路所定义的以太网连接的以太网保护系统，包括：
第一以太网映射器卡，可操作用来被连接到第一以太网线路；
第二以太网映射器卡，可操作用来被连接到第二以太网线路；和
交换设备，连接到所述第一和第二以太网映射器卡和通信线路，所述交换设备可操作用来将到所述通信线路的连接在所述第一和第二以太网映射器卡之间进行切换。
19.根据权利要求18的系统，其特征在于，所述交换设备进一步可操作用来从所述第一以太网映射器卡中检测失效状态，并且根据失效状态的检测将到通信线路的连接从所述第一以太网映射器卡切换到所述第二以太网映射器卡。
20.根据权利要求19的系统，其特征在于，所述交换设备进一步可操作用来从所述第一以太网映射器卡中检测恢复状态，并且将到通信线路的连接从所述第二以太网映射器卡切换回所述第一以太网映射器卡。
21.根据权利要求20的系统，其特征在于，以太网映射器卡可操作用来发送线路质量数据到所述交换设备，所述的线路质量数据表明失效状态或者恢复状态。
22.根据权利要求21的系统，其特征在于，所述的交换设备是一个数字交叉连接交换机。
23.根据权利要求22的系统，其特征在于，所述的交换设备进一步可操作用来接收用户命令，并根据用户命令将到所述通信线路的连接在第一和第二以太网映射器卡之间进行切换。
24.根据权利要求23的系统，其特征在于，所述的用户命令、失效状态和恢复状态根据优先级方案排列优先权，所述交换设备可操作用来根据优先级方案将到所述通信线路的连接在所述第一和第二以太网映射器卡之间进行切换。
25.根据权利要求24的系统，其特征在于，失效状态根据第一和第二失效类别被分类，所述的交换设备可操作用来根据在第一类别检测到失效状态来进入可逆模式，和根据在第二类别检测到失效状态来进入非可逆模式。
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