一種物理隔離網(wǎng)閘的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種物理隔離網(wǎng)閘，該物理隔離網(wǎng)閘包括內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元、數(shù)據(jù)擺渡單元和雙路冗余電源單元；內(nèi)網(wǎng)處理單元與外網(wǎng)處理單元均采用SOC設計；內(nèi)網(wǎng)處理單元與外網(wǎng)處理單元均包括嵌入式實時操作系統(tǒng)；嵌入式實時操作系統(tǒng)中的接收中斷服務程序直接處理以太網(wǎng)報文數(shù)據(jù)；雙路冗余電源可提高系統(tǒng)的可用性。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、可用性好、傳輸性能優(yōu)、安全性高的特點，在保證傳統(tǒng)隔離網(wǎng)閘物理隔離通信的前提下，同時滿足高傳輸帶寬、低傳輸延時的信息互通需求。
【專利說明】一種物理隔離網(wǎng)閘

【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于網(wǎng)絡安全領域，具體涉及一種實現(xiàn)在安全側(cè)網(wǎng)絡與非安全側(cè)網(wǎng)絡之間物理隔離通信的網(wǎng)閘。

【背景技術(shù)】
[0002]隔離網(wǎng)閘作為隔離安全側(cè)網(wǎng)絡(內(nèi)網(wǎng))和非安全側(cè)網(wǎng)絡(外網(wǎng))的裝置，在工業(yè)控制領域越來越多的用于生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(內(nèi)網(wǎng))到管理信息網(wǎng)絡(外網(wǎng))之間的數(shù)據(jù)傳輸。
[0003]近年來，隨著廠級信息化程度的不斷提高，MES (制造執(zhí)行系統(tǒng))等先進管理系統(tǒng)的不斷引入，越來越多的需要從生產(chǎn)控制網(wǎng)絡實時獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，這對處在生產(chǎn)控制網(wǎng)絡數(shù)據(jù)唯一出口處的隔離網(wǎng)閘裝置在有效傳輸帶寬、傳輸延時等方面的性能提出了更高的要求。
[0004]傳統(tǒng)的隔離網(wǎng)閘，硬件一般采用X86或PowerPC架構(gòu)的微處理器設計，軟件則普遍使用經(jīng)裁剪的Windows或Linux系統(tǒng)，系統(tǒng)的組成與普通的桌面計算機系統(tǒng)并無太大差異，總的來說存在如下兩方面明顯的不足:
[0005](I)基于X86或PowerPC架構(gòu)的微處理器需要擴展內(nèi)存、電子硬盤等外部設備，系統(tǒng)組成比較復雜且成本較高。
[0006](2)由于Windows和Linux為非實時操作系統(tǒng)，當硬件網(wǎng)絡接口接收到網(wǎng)絡報文后，需要經(jīng)過硬件中斷響應、中斷服務程序處理、驅(qū)動程序處理、TCP/IP協(xié)議棧任務、報文過濾、數(shù)據(jù)擺渡等眾多的軟件執(zhí)行過程，需要花費較多的報文處理時間，這就直接影響了隔離網(wǎng)閘傳輸帶寬與傳輸延時性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中系統(tǒng)組成比較復雜、傳輸帶寬與傳輸延時性能不理想的缺陷，本實用新型的目的是提供一種物理隔離網(wǎng)閘，該物理隔離網(wǎng)閘組成簡單，可用性好，傳輸性能優(yōu)，安全性能高，在保證傳統(tǒng)隔離網(wǎng)閘物理隔離通信的前提下，同時滿足高傳輸帶寬、低傳輸延時的信息互通需求。
[0008]本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]一種物理隔離網(wǎng)閘，其特征在于:該物理隔離網(wǎng)閘包括內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元、數(shù)據(jù)擺渡單元和雙路冗余電源；與內(nèi)網(wǎng)連接的內(nèi)網(wǎng)處理單元和與外網(wǎng)連接的外網(wǎng)處理單元均通過外部總線接口與數(shù)據(jù)擺渡單元連接；內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元、數(shù)據(jù)擺渡單元均與雙路冗余電源連接。
[0010]對本實用新型的進一步改進在于:內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元硬件采用集成以太網(wǎng)接口的SOC設計，SOC優(yōu)選飛思卡爾Cortex-M4芯片，無需擴展內(nèi)存、電子硬盤等外部部件；內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元均包括嵌入式實時操作系統(tǒng)，非主流的Linux或Windows ；該嵌入式實時操作系統(tǒng)包括的接收中斷服務程序單元處理傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式為以太網(wǎng)報文數(shù)據(jù)，不需要TCP/IP協(xié)議棧任務及應用層服務。
[0011]數(shù)據(jù)擺渡單元由雙端口 RAM和兩個電子開關(guān)組成，電子開關(guān)優(yōu)選帶三態(tài)輸出的總線收發(fā)器，雙端口 RAM通過二個電子開關(guān)分別與內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元的外部總線接口連接；外部總線接口包含32位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線和總線時鐘；物理隔離網(wǎng)閘外部設置有配置鎖，與內(nèi)網(wǎng)處理單元輸入引腳連接，通過配置鎖控制隔離網(wǎng)閘通訊配置規(guī)則是否允許改變。
[0012]本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0013](I)系統(tǒng)組成簡單，可用性好。內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元采用集成以太網(wǎng)接口的SOC設計，內(nèi)存、FLASH均集成在SOC芯片內(nèi)部；雙冗余電源在一路電源故障時仍能保持系統(tǒng)正常工作。
[0014](2)傳輸性能優(yōu)。由于內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元采用嵌入式實時操作系統(tǒng)，且取消TCP/IP協(xié)議棧及所有應用層服務，當硬件網(wǎng)絡接口接收到網(wǎng)絡報文后，中斷服務程序直接處理以太網(wǎng)報文數(shù)據(jù)，報文處理時間短，故傳輸帶寬、傳輸延時等性能優(yōu)異。
[0015](3)安全性能高。由于內(nèi)外網(wǎng)之間僅通過數(shù)據(jù)交換單元進行數(shù)據(jù)擺渡，為物理方式隔離；操作系統(tǒng)為非Windows、非Linux的嵌入式實時操作系統(tǒng)，軟件簡單，可攻擊漏洞少；并且通過配置鎖控制隔離網(wǎng)閘通訊配置規(guī)則是否允許改變，該配置鎖與內(nèi)網(wǎng)處理單元輸入引腳連接，即使在外網(wǎng)處理單元遭受攻擊時也無法篡改網(wǎng)閘通信規(guī)則，確保內(nèi)網(wǎng)信息安全。
[0016]本實用新型順應了廠級信息化的發(fā)展趨勢，在保證傳統(tǒng)隔離網(wǎng)閘物理隔離通信的前提下，同時滿足高傳輸帶寬、低傳輸延時的信息互通需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型物理隔離網(wǎng)閘的結(jié)構(gòu)框圖。
[0018]圖2為本實用新型中數(shù)據(jù)擺渡單元的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]圖3為內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元報文的處理流程。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實用新型物理隔離網(wǎng)閘進行詳細說明。
[0021]如圖1所示，一種物理隔離網(wǎng)閘，包括內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元、數(shù)據(jù)擺渡單元和雙路冗余電源單元。內(nèi)網(wǎng)處理單元與內(nèi)網(wǎng)連接，外網(wǎng)處理單元與外網(wǎng)連接。內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元均采用集成以太網(wǎng)接口的SOC設計，內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元通過外部總線接口與數(shù)據(jù)擺渡單元連接，其中外部總線接口包含32位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線和總線時鐘。配置鎖與內(nèi)網(wǎng)處理單元輸入引腳連接，配置鎖設置在物理隔離網(wǎng)閘外部，只有當配置鎖打開時內(nèi)網(wǎng)處理單元才允許進行網(wǎng)閘通信規(guī)則修改。內(nèi)網(wǎng)處理單元、夕卜網(wǎng)處理單元、數(shù)據(jù)擺渡單元均與雙路冗余電源(電源I和電源2)連接。
[0022]如圖2所示，數(shù)據(jù)擺渡單元由兩個電子開關(guān)(電子開關(guān)I和電子開關(guān)2)和雙端口RAM組成，通過電子開關(guān)切換，內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元不能同時與雙端口 RAM連接，內(nèi)外網(wǎng)之間物理上為斷開狀態(tài)，僅通過數(shù)據(jù)擺渡單元進行數(shù)據(jù)擺渡，滿足物理隔離的要求。
[0023]如圖3所示，當內(nèi)網(wǎng)處理單元或外網(wǎng)處理單元以太網(wǎng)接口接收到報文后觸發(fā)網(wǎng)絡接收中斷，進入嵌入式實時操作系統(tǒng)的接收中斷服務程序單元，在中斷服務程序中完成報文過濾，將符合隔離網(wǎng)閘通信規(guī)則的報文傳輸至數(shù)據(jù)擺渡單元完成報文擺渡，不符合通信規(guī)則的報文則直接被過濾清除，報文處理過程簡單，無需TCP/IP協(xié)議棧任務和應用層服務支持。特別的，本實用新型選用SOC所集成的以太網(wǎng)控制器支持“零拷貝”，上述報文處理過程中不需要進行報文數(shù)據(jù)拷貝，更縮短了報文處理時間。
【權(quán)利要求】
1.一種物理隔離網(wǎng)閘，其特征在于:該物理隔離網(wǎng)閘包括內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元、數(shù)據(jù)擺渡單元和雙路冗余電源；與內(nèi)網(wǎng)連接的內(nèi)網(wǎng)處理單元和與外網(wǎng)連接的外網(wǎng)處理單元均通過外部總線接口與數(shù)據(jù)擺渡單元連接；內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元、數(shù)據(jù)擺渡單元均與雙路冗余電源連接；所述的數(shù)據(jù)擺渡單元包括雙端口 RAM和兩個電子開關(guān)，雙端口RAM通過兩個電子開關(guān)分別與內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元的外部總線接口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理隔離網(wǎng)閘，其特征在于:所述內(nèi)網(wǎng)處理單元、外網(wǎng)處理單元硬件均采用集成以太網(wǎng)接口的SOC設計。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理隔離網(wǎng)閘，其特征在于:所述外部總線接口包含32位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線和總線時鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物理隔離網(wǎng)閘，其特征在于:該物理隔離網(wǎng)閘還包括配置鎖，配置鎖與內(nèi)網(wǎng)處理單元輸入引腳連接。
【文檔編號】H04L29/06GK204231409SQ201420750427
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】胡歙眉, 芮正新, 祖利輝, 施海慶, 杭哲 申請人:南京科遠自動化集團股份有限公司