基于数字语音卡的单向通信隔离系统的设计与实现

论文摘要

随着计算机技术的快速发展,各种信息系统已成为日常工作必不可少的一部分,“信息化”、“网络化”已成为社会发展的趋势,这就要求各种网络之间传输大量的数据,当内部网络因需要与外部网络进行数据交换,而与外部网络相连时,内部网络经常会受到外部网络的攻击,网络安全已成为建设信息系统的重要考虑因素之一,传统的网络安全技术,存在着或多或少的安全隐患,只能提供有限的安全防护。在此背景下,在网络隔离的情况下实现安全、可靠、快速、实时的数据交换技术已成为国内外的研究热点之一。本课题根据网络隔离与安全交换的要求,针对部分信息系统的单向交换需求的特点,设计并实现了基于数字语音卡的单向通信隔离的原型系统,该系统允许信息从低级的外部网络流向高级的内部网络,同时杜绝任何信息从高级的内网流向低级的外网。利用该系统,外部网络中网关服务器实时采集到的数据能够快速、及时、自动、准确的流向内网,使内网系统可以在第一时间得到所需信息并进行处理,大大提高行动速度和业务处理效率,同时又不会降低内网的安全要求,造成重要信息泄密或网络攻击。本课题完成了以下主要工作内容:1)介绍了网络安全及安全防范技术的现状,分析了网络隔离的要点和发展历程,研究了单向传输技术的特点和适用要求。2)从系统功能需求目标出发,设计了单向通信系统的系统架构,描述了系统的软硬件结构,分析了系统的单向隔离、传输控制、配置管理、安全认证、日志审计等模块所具有功能。3)针对本系统设计开发所用的SHD-240D数字语音卡,设计了单向隔离模块数据流的过程、消息数据帧的结构和传输方式,分析了主要环节中数据缓存的大小,描述了DSP发送接收程序的流程,并对传输线和端口引线进行了定义,从而在软硬件上保证系统单向传输的安全性和可靠性。4)参照TCP/IP协议,设计了传输控制模块中链路层、网络层、传输层、应用层等各协议,给出了数据发送端、接收端软件的程序流程、用例设计和核心示例程序,提出了解决可靠性问题的不同等级传输策略和重传控制技术。5)构建了一个测试用的原型系统,通过对该原始系统的功能性、可靠性、单向性等各方面的整体测试,测试结果达到了设计目标,满足了单向交换信息系统的需求,实现了“只进不出”的高安全单向隔离标准。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 网络安全现状
• 1.1.2 网络安全防范技术
• 1.2 网络隔离概况
• 1.2.1 网络隔离定义及要点
• 1.2.2 隔离技术发展历程
• 1.3 单向传输技术
• 1.3.1 单向传输技术描述
• 1.3.2 单向传输特点和适用要求
• 1.4 研究目的和意义
• 1.5 研究内容和组织结构
• 2 总体设计
• 2.1 系统总体架构
• 2.1.1 系统体系架构
• 2.1.2 系统硬件结构
• 2.1.3 软件结构组成
• 2.2 系统模块分析
• 2.2.1 单向隔离模块
• 2.2.2 配置管理模块
• 2.2.3 传输控制模块
• 2.2.4 安全认证模块
• 2.2.5 日志审计模块
• 2.3 本章小结
• 3 单向隔离模块实现
• 3.1 硬件介绍
• 3.1.1 语音卡介绍
• 3.1.2 SHD-240D 板卡
• 3.1.3 E1 线路
• 3.2 数据流设计
• 3.3 消息传输
• 3.4 DSP 流程设计
• 3.5 传输线及端口引线
• 3.6 本章小结
• 4 传输控制模块实现
• 4.1 协议设计
• 4.1.1 链路层协议
• 4.1.2 网络层协议
• 4.1.3 传输层协议
• 4.1.4 应用层协议
• 4.2 软件设计
• 4.2.1 数据发送端
• 4.2.2 数据接收端
• 4.2.3 数据比对器
• 4.3 几个重要技术
• 4.3.1 透明传输
• 4.3.2 可靠性控制
• 4.3.3 重传控制
• 4.4 本章小结
• 5 原型测试分析
• 5.1 测试环境
• 5.2 测试内容
• 5.2.1 验证测试
• 5.2.2 功能测试
• 5.2.3 可靠性测试
• 5.2.4 性能评测
• 5.2.5 强度测试
• 5.3 结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文的贡献和创新点
• 6.2 进一步的研究工作
• 6.3 应用前景及展望
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 附录4
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 上海交通大学学位论文答辩决议书