基于单片机的网络物理隔离系统设计

１设计思路
在 网络 主 干层 “ 分 为二 ” 接 入 网部 一 ， 分 不做任何改动 ， 在网线接入交换机前 增加一 个 内外网物 理隔离转接 器， 该转接 器由一组转 接控 制单 元组成 ， 别接 入内 网交换机和 外网 分 交换机 。服务 器 Ｐ Ｃ通过控制 由单 片机 系统组 成的 汇聚控 制器 ， 对转接 控制单元进行 多路控 制， 从而实 现内网和外 网的物理 隔离。 任何一台个 人 Ｐ 可通过客 户端精 灵程 Ｃ， 序， 向分布在不 同机 房的服务 器 Ｐ Ｃ机 （ 最 选 靠近机房 的一 台电脑 ， 面运行内外 网转换服 上 务程序 ）发送接 入内网或者外 网的命 令 ， 务 服 器伺服程序收到请求后 ， 通过 串 １ Ｒ ２ ２ ７ Ｓ ３ 与通 １
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Ｓｃｉ ｅ ａｎ Ｔｅｃｈ ｏｇｙ ｅｎｃ ｄ ｎｏｌ Ｃｏｎ ｔ ｎ ｓｕｌｉ ｇ Ｈｅｒ ｄ ａｌ
业
Ｑ：
ＩＴ 技 术
基于单片机 的 网 黄春 光 （． １ 哈尔滨工业大学计 算机科学与技术学院 ； ２ 黑龙江大学 电子工程学院 ； ３ 黑龙 江大学 电子工程学院） ． 摘 要： 考虑涉密部门的 网络安全建 设 ， 基于 简易和 低成本 ， 出了一种基于单片机 的内外网物 理隔离的 系统设计 ， 提 详细分析了该系统的 各个组 成部 分 ， 中包括 核心 控制 器 、内外 网隔 离转接 器 、服 务 器和客 户端 软件 系统 等 。 其 关键 词： 网络安全 物理隔离 单片机 内外网转换单元 中图分类号 ： Ｎ７ Ｔ １ １ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ３ ０ ３ （ｏ ７０ （ ） ０ ４ — １ １ ７ — ５ ４ ２ ０ ）９ｂ 一 ０ １ ０ 目前 ， 物理 隔离的 实现方式 ， 一般是 包括 客 户端选 择设备或网络选择 器 ， 户或 通过开 用 关 设备 ， 或通过 键盘选择 ， 来控 制客户端选 择 不 同的 网络 环境 。主 要采用物 理 隔离卡或 网 络选择 器的安全隔离技 术。 但 内外 网物理 隔离一 般需 要铺 设 内外和 外 网两张 骨干 网 ， 接入 层终 端 上通过 隔 离 在 卡、 双硬盘 、 网卡来 实现。但在很 多部 门内 双 部的 网络布线早 已完成 ， 重新铺设一张新 网存 在很 多困难 ， 并且 重新投资耗 费 巨大 ， 更会 对 公 司的运作造 成很大 的不 便。 本文提 出 了一 种简易和低成本 的设 计方案 ， 能较好的实现 内 外 网物理 隔离
（ ） 务器 Ｐ １ 服 Ｃ机 主要 的控制源 ， 当他收到 系统管理 员或客 户端 电脑发来的控制命 令 ， 向单 片机发送控制 指 令 。控 制 哪 台 电 脑接 入 内 网或 外 网 。 （ ） ２ ２～ ＲＳ ８ ２ＲＳ ３ ４ ５转换 器 本设 计使用 一个 Ｒｓ ３ Ｒｓ ８ 转换 ２２ ４５ 器， 目的是 由 Ｒ￥ ３ ２ ２接 口通过 ＲＸＤ／ ＴＸＤ接 收Ｐ 机命令 ， Ｃ 通过 转换到 Ｒ ４ ５ 由Ｒ Ｓ ８ ， ｘ和 Ｔ ｘ 发送到单片机 串行 １， 而可以 同时控 制多台 ７从 １ 单 片机工作 。根据 Ｒ ４ ５协议标准 它可以控 ￥８ 制 ３ 个终端 设备 ， ２ 最大 传输距离约 为 １ １ ｍ， ２９ 最大 传输 速率为 １Ｍｂ ｓ ／ 。平衡双绞线 的长度 ０ 与传输 速率成反 比 ， １０ ｂ ｓ 在 ０ ｋ ／ 速率以下 ， 才 可 能使用 规定 最长 的 电缆 长 度。 只有在 很短 本设计 为 ８ ＡＴ ９ ５ 单 片机 ， 片 ８Ｃ １ 可以实 现对 ３ ０×８＝２ ０ 网络 转换器单元 的开关 ４个 控制 。充分 降低成本 。当然 ， 还可 以根据 实际 需要， 再作扩充 。最大的容量 是一个 Ｒ ２ ２ Ｓ ３ Ｒ ４５ ｓ ８ 转换 器对应 ３ 台单片机 ， ２ 共控制 ２ ０ Ｘ ４ ４—９ ０ 网络转换 单元 。 ６组
问的 线路 沿 用 原 有物 理 线 路 ，无需 再 布线 。
个 串行通信接 １以外 的 ３ 个通 用 Ｉ Ｏ １的控 ７ １ ０ ／ １ ７
这样 大大节省 了公司或部门的资源 ， 又能达 到 制位 。单 片机只需 要根据后 五位 的信息 （ ２ ３ 维 护 网络 安全 的重要 目的。这 个方 案客 户端 个可 能 ） 判断需 要那个 Ｉ ， ／０ 口需 发 出动 作 ， 取反分别 对应 的一组转换器的 Ｉ ０ 口， ／ 即可实 的 数量先 以 ３ ０ 为例设 计。 ０ 个 现对 转换 器的控 制 。例 如发送 “ ”时接 入 １ 内 网 ，发 送 “ ０” 时接 入 外 网。 ２系统设计 分析
３软件设计
软 件 方 面包 含三 部分 的程 序 ： 单片 机程 序 、服 务 端 程 序 、客 户端 精 灵 程 序 。 （ ） 片机 程序 １单 为隔离 系统的核 心控制 程序 ， 使用 ８ ９ ０８ 汇编语言 编写。收 到串 口输入的控制 信号后 ， 在 Ｉ Ｏ 口上寻址输 出高 电平 和低 电平给继 电 ／ 器或 ＭＡ ７ ７芯片 ， ｘ４ １ 实现 开关切换 。 其流 程 图如下 ： （ ） 户端精灵程序 ２客 使用 ＤＥ ＨＩ 写 。与服 务程序 通过 ＬＰ 编 Ｓ Ｋ ＯＣ Ｓ连接 。在用 户点击转换 按钮后 ， 向注 册 的服务 器发出切 换包 ， 后监视服务 器发来 然 的返 回包 。如返 回包没有包含错误 ， 则提示用 户 已经切 换 成功 ， 否则显示 相应 错误 信息 。 （） ３ 服务 器端 程序 使用 Ｄ Ｌ ＨＩ Ｅ Ｐ 编写。监视 来 自不同客 户 端 的切换请求 ， 在收到 已注册过 的客户断发来 的切 换请求 后 ， 编码后 送到 串 １ ， ７ 无错误 则返 １ 回成功 信息到客 户端 ， 否则返 回相 应的错误信 息到 客户端 。 通 过 自行设 计的分 布式 可控 内外 网物理 隔离 系统 ， 好的实现 了内外 网 １ ０ 较 ０ ％的物理 隔离 ； 换 自如 ， 户可根据需要在任 何时间、 转 用