工業(yè)網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)虛擬人生自恒信息科技作者備注包含任何撥款/融資信息和完整的通信地址。摘要回想工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，市政工程、企事業(yè)單位、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等等，從無到有，似乎被廣泛接受，盡管其市場(chǎng)容量很大。但其核心設(shè)計(jì)理念、安全技術(shù)及應(yīng)用并不為全部人知曉。甚至人們記住了其抗干擾工業(yè)指標(biāo)、環(huán)網(wǎng)指標(biāo)。從工業(yè)的角度來看待工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，如其它的工業(yè)系統(tǒng)同樣（工業(yè)設(shè)計(jì)、功效設(shè)計(jì)、可用性設(shè)計(jì)、完整性設(shè)計(jì)）。其本身涉及了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)湓O(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)湓O(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)可用性設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)完整性設(shè)計(jì)。顯然缺少了邏輯網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)一環(huán)，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在功效上似乎與其它民用網(wǎng)絡(luò)沒有區(qū)別。真正設(shè)計(jì)好一種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)同樣需考慮這四個(gè)方面的要素。核心字：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)方案、網(wǎng)絡(luò)方案、邏輯網(wǎng)絡(luò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)湓O(shè)計(jì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)布網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余特點(diǎn)：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)不能如辦公大樓同樣布網(wǎng)，其設(shè)備分布比較分散。交換機(jī)端口比較少。當(dāng)添加設(shè)備或更改接入端口時(shí)需要就近接入，而不能重復(fù)再拉光纜或電纜，工業(yè)控制系統(tǒng)往往是分層分級(jí)控制。如電廠的輔控系統(tǒng)，從中心到分系統(tǒng)（水、灰、煤），再到子系統(tǒng)（廢水、凝結(jié)水、。。。），同時(shí)尚有橫向的能源管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)需要接入。因此，其布網(wǎng)特點(diǎn)是網(wǎng)格化構(gòu)造，或管線狀物理拓?fù)錁?gòu)造。事實(shí)上樓宇的以太網(wǎng)物理拓?fù)湟餐捎媒萋?lián)聯(lián)方式形成環(huán)網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)造，以滿足弱電系統(tǒng)布線規(guī)定，非信息中心機(jī)房的布線采用環(huán)網(wǎng)或網(wǎng)格化拓?fù)洳季€較為合理。交換機(jī)捷聯(lián)環(huán)網(wǎng)冗余時(shí)，生成樹的鏈路冗余切換時(shí)間過長(zhǎng)，時(shí)還沒有快速生成樹算法，并且其切換時(shí)間受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和拓?fù)錁?gòu)造的影響。因此工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)浍@得成功。如圖1所示：星網(wǎng)構(gòu)造和環(huán)網(wǎng)構(gòu)造，交換機(jī)供電電路和星網(wǎng)拓?fù)洳季€難以一致，若網(wǎng)絡(luò)線路不能與弱電系統(tǒng)一起布線，則需要獨(dú)立布線的成本，樓宇布線相對(duì)成本低某些。而公司布獨(dú)立網(wǎng)線需重新設(shè)計(jì)走線架等。成本很高。網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)湓O(shè)計(jì)原則的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是以太網(wǎng)架構(gòu)，當(dāng)采用TCP-UDP/IP作為三層互聯(lián)傳輸合同時(shí)，才分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。局域網(wǎng)也是建立在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上的，實(shí)質(zhì)上是采用IP合同的以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)基礎(chǔ)上的工業(yè)合同，如：幾乎全部的出名自動(dòng)化公司都推出了以太網(wǎng)架構(gòu)上的網(wǎng)絡(luò)傳輸和應(yīng)用合同。直到后又進(jìn)化成TCP-UDP/IP形式的互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)合同。網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)湓O(shè)計(jì)重要的目的是把實(shí)際的各類信息系統(tǒng)架構(gòu)在其專用虛擬局域網(wǎng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)信息業(yè)務(wù)系統(tǒng)間無擾運(yùn)行、維護(hù)、建設(shè)。工業(yè)環(huán)網(wǎng)和網(wǎng)格化架構(gòu)，造成一種原本采用工業(yè)總線時(shí)不存在的問題。由于以太網(wǎng)的帶寬遠(yuǎn)高于現(xiàn)場(chǎng)總線。即如何共享網(wǎng)絡(luò)資源，讓不同系統(tǒng)或分系統(tǒng)都能共享網(wǎng)絡(luò)帶寬資源?？紤]到各類應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)有不同的運(yùn)行、維護(hù)、拓展規(guī)定。需要把不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或子系統(tǒng)置于各自專用的VLAN架構(gòu)中。使得各系統(tǒng)的運(yùn)行不受其它信息業(yè)務(wù)系統(tǒng)的影響。如圖2所示，通過對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)通訊端口的設(shè)立，3個(gè)系統(tǒng)及他們間的通訊都能夠在VLAN架構(gòu)內(nèi)運(yùn)行。全部這些VLAN的設(shè)立和計(jì)算都是網(wǎng)管軟件解決的。顧客僅需要按導(dǎo)引做就能夠設(shè)計(jì)自己各類信息業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)虛擬局域網(wǎng)。如圖3所示圖3，由于國(guó)內(nèi)的網(wǎng)管軟件，大多不支持VLAN邏輯規(guī)劃設(shè)計(jì)，借用自恒信息科技公司的網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)安全一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)（網(wǎng)管軟件）導(dǎo)引示意闡明具體VLAN拓?fù)湓O(shè)計(jì)過程。完畢了邏輯拓?fù)湓O(shè)計(jì)后各系統(tǒng)運(yùn)行在自己的專用虛擬局域網(wǎng)內(nèi)，安全得到了極大的提高。真正的安全隔離，分布式交換，不受限于物理網(wǎng)的拓?fù)錁?gòu)造。現(xiàn)在諸多系統(tǒng)間的隔離普通采用ACL（訪問控制列表），防火墻（五元組）、路由器和交換機(jī)無不如此。即用路由網(wǎng)關(guān)打通VLAN，再采用ACL普通進(jìn)出規(guī)則限定訪問。進(jìn)出規(guī)則是單向防護(hù)，例如：進(jìn)規(guī)則，允許系統(tǒng)1的計(jì)算機(jī)A進(jìn)入系統(tǒng)2訪問計(jì)算機(jī)B。其它通訊不允許。由于是進(jìn)規(guī)則，系統(tǒng)1內(nèi)的計(jì)算機(jī)事實(shí)上都能出去訪問系統(tǒng)2.的計(jì)算機(jī)，但是由于系統(tǒng)2計(jì)算機(jī)的回送包受阻于進(jìn)規(guī)則，故不能ping通，但是事實(shí)上系統(tǒng)1的計(jì)算機(jī)能夠通過誤設(shè)重復(fù)的IP攻擊系統(tǒng)2的計(jì)算機(jī)。通過了PING測(cè)試，顧客覺得隔離了業(yè)務(wù)系統(tǒng)，事實(shí)上被IP穿透攻擊了。采用ACL（訪問控制列表），必然受限于物理檢測(cè)端口的影響，中間網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余切換需要考慮，并且容易引發(fā)數(shù)據(jù)繞行，加重核心層的交換負(fù)擔(dān)和通訊延遲。無法實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)交換容量的優(yōu)勢(shì)部分狀況下無法實(shí)現(xiàn)訪問控制，例如：在單臂路由的狀況下，難以采用ACL，來實(shí)現(xiàn)匯聚層和接入層的訪問控制。隨著虛機(jī)技術(shù)發(fā)展，源IP偽造技術(shù)防備的提高，木馬病毒能夠偽造任意的源IP，造成安全域、系統(tǒng)邊界防護(hù)失效。而程序無法偽造VLANTAG標(biāo)簽。網(wǎng)絡(luò)的可用性設(shè)計(jì)除了某些行業(yè)規(guī)定外，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵照可用性原則：即系統(tǒng)失效分析。其設(shè)計(jì)目的在于規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和信息業(yè)務(wù)系統(tǒng)整體的可靠性。1）通過系統(tǒng)失效分析，很容易得出某些違反直覺的設(shè)計(jì)結(jié)論，例如：如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或子系統(tǒng)失效會(huì)造成系統(tǒng)整體失效，則這些子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)合并成一種網(wǎng)絡(luò)以減少通訊設(shè)備數(shù)量。增加系統(tǒng)可靠性或進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。2）當(dāng)設(shè)備或子系統(tǒng)失效不會(huì)引發(fā)系統(tǒng)失效，則反而能夠設(shè)計(jì)成獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，減少對(duì)核心子系統(tǒng)運(yùn)行的影響。顯而易見的是虛擬局域網(wǎng)能夠大幅減少設(shè)備數(shù)量，線性正比地提高系統(tǒng)可靠性，需要各類核心子系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行來減少故障概率。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的完整性分析.完整性設(shè)計(jì)是工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，也是規(guī)范化設(shè)計(jì)的規(guī)定，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)都有諸多項(xiàng)目。其重要目的是考慮網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)的意外風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)定、檢測(cè)和解決。例如：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的內(nèi)存數(shù)據(jù)和程序指令傳送，都需要奇偶校驗(yàn)。TCP、UDP、應(yīng)用通訊合同都有CRC校驗(yàn)。VLAN應(yīng)用本身就是隔離應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)，減少不必要的交叉誤操作影響，等等不再重復(fù)。在此重點(diǎn)采用完整性的評(píng)定辦法，對(duì)網(wǎng)絡(luò)病毒的作完整性評(píng)定解決。未激活的網(wǎng)絡(luò)病毒和計(jì)算機(jī)病毒，以程序代碼方式傳輸，為了不破壞程序代碼構(gòu)造。只能以文獻(xiàn)方式傳輸。故防備重點(diǎn)在于計(jì)算機(jī)的程序運(yùn)行監(jiān)控軟件，殺毒軟件?？刹捎锰摍C(jī)沙箱技術(shù)（郵件檢測(cè)）、運(yùn)行監(jiān)控的白名單技術(shù)、殺毒軟件的病毒代碼檢測(cè)等。已激活的木馬病毒、其原理和功效重要是竊取顧客數(shù)據(jù)，操控顧客計(jì)算機(jī)。其操控指令和顧客數(shù)據(jù)沒有病毒代碼特性。同時(shí)為了打通出網(wǎng)連通黑客計(jì)算機(jī)，其含有通過IP欺騙手段和偽造源IP的能力。能夠自主尋找出網(wǎng)途徑。IP欺騙會(huì)造成網(wǎng)關(guān)劫持、DHCP劫持等危害甚至癱瘓網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)重成果。后門程序同樣如此。已激活的蠕蟲病毒必須通過IP掃描尋找存活主機(jī)本攻擊計(jì)算機(jī)，并同時(shí)有傳遞病毒代碼并重組代碼的能力，滲入攻擊程序同樣如此?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)防備方法的缺點(diǎn)：旁路檢測(cè)：防火墻和反入侵設(shè)備的能力重要依賴于代碼檢測(cè)，單個(gè)數(shù)據(jù)包需匹配比較數(shù)以萬計(jì)的病毒特性代碼顯然無法實(shí)現(xiàn)。不僅僅單個(gè)數(shù)據(jù)包難以呈現(xiàn)病毒特性，即使是數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)包也難以呈現(xiàn)病毒特性。并且檢查速度無法匹配網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率。直連檢測(cè)：防火墻技術(shù)普遍采用ACL訪問控制列表，同交換機(jī)和路由器的ACL同樣，沒有區(qū)別，網(wǎng)絡(luò)安全檢測(cè)都和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)攻擊原理不相符。顯然任何完整性設(shè)計(jì)必須也應(yīng)當(dāng)針對(duì)每一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)做出合理的方法。其它完整性風(fēng)險(xiǎn)分析：1）網(wǎng)絡(luò)端口空置與否會(huì)造成非法侵入發(fā)生：系統(tǒng)包裹在其VLAN中，不會(huì)發(fā)生，同時(shí)網(wǎng)管軟件能自動(dòng)檢測(cè)。2）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)物理上聯(lián)口網(wǎng)管軟件有拓?fù)鋵?shí)時(shí)檢測(cè)。不會(huì)發(fā)生斷網(wǎng)時(shí)，無法定位故障點(diǎn)。3）在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)冗余時(shí)，有冗余拓?fù)滏溌窓z測(cè)，避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤引入實(shí)際施工，也可避免拓?fù)錅y(cè)試調(diào)節(jié)時(shí)發(fā)生設(shè)立錯(cuò)誤4）網(wǎng)絡(luò)本身全部信息系統(tǒng)都運(yùn)行在自己專用的虛擬局域網(wǎng)中，單系統(tǒng)測(cè)試、維護(hù)、拓展不會(huì)影響到其它系統(tǒng)正常運(yùn)行等等。。?？偨Y(jié).如何網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是一門技術(shù)，不