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SCTP在工业以太网通信技术中的应用研究

时间:03-10 来源:现代电子技术 李爱国 点击:

态信息,一个偶联可以由使用该偶联的SCTP端点用传输地址来惟一识别,在任何时候两个SCTP端点间都不会有多于一个的偶联。

  与TCP,UDP相比,SCTP的新特性具体介绍如下:

  (1)支持多宿主连接和通路管理

  在建立SCTP连接时,连接的双方都可以声明多个IP地址。SCTP通路管理功能可以根据SCTP用户的指令和当前合格的目的地集合的可达性状态为每个发送的SCTP分组选择一个目的地传输地址,通路管理功能可以通过心跳消息来监视到某个目的地地址的可达性。当端点发起连接请求时,通路管理功能可以向远端和本地报告对方的传输地址。建立的SCTP偶联可以包含多个可能的起源/目的地址的组合,如图2所示,这些组合记录在每个SCTP端点的传输地址列表中。这样,若当前地址连接失效时,应用程序的偶联可以切换到其他地址上,有效地避免了单一链路的失败。

  (2)四次握手和采用Cookie的偶联建立机制

  偶联的建立由SCTP用户发起请求来启动,启动过程必须经过init,init ack,cookie echo,cookie ack四次握手。其中的Cookie包含了创建偶联时的所有状态和参数信息,包括消息授权码,Cookie创建的时间标记、状态Cookie的寿命、传输控制块TCB、用来计算MAC的密钥等,这些建立机制有效地增强了安全性,四次握手也有效地避免了TCP中的三次握手导致的TCP SYN攻击。

  (3)偶联中支持多数据流和避免拥塞

  在一个SCTP的偶联中可以包含若干用户数据流,流的数量在偶联建立时由SCTP用户规定,不同的数据流在自己的流管道中传输,通过流号来区分。在接收端,SCTP把用户数据流报文按照顺序递交给SCTP用户。当某个流管道因为等待下一报文而发生阻塞时,其他流管道上的顺序递交不受影响。这实际上是吸收了UDP传输和TCP传输的优点,而克服了它们的缺点。

  3 SCTP在工业以太网通信技术中的应用

  随着自动化领域的信息化不断加深,工业以太网应用的广度和深度不断扩展。社会对关键基础设施的依赖不断加强,工业以太网在这些领域发挥越来越重要的作用。自动控制的应用向高精尖发展,工业控制方面的要求越来越高,在某些高危领域的应用甚至是极端苛刻的。而另一方面,工业以太网通信所处的环境将越来越多样化、复杂化,受干扰和入侵攻击的概率加大。因此,工业以太网通信要求有足够的高实时性、高可靠性、抗干扰、抗网络故障、抗截取、抗伪造性能,保证高质量的控制数据通信。

   如前所述,现有的工业以太网方案还面临着巨大的信息安全风险,下一代通用传输协议SCTP提供了一些UDP和TCP所不具备的新特性。用SCTP替换现有工业以太网协议中UDP和TCP,构建基于SCTP的工业以太网通信将更加有优势,表现在以下几个方面:

  (1)利用SCTP偶联的多宿主特性,在工业以太网的端点建立网络级冗余方案,还可以采取不同的媒体通信手段,大幅度提高网络的可靠性。

  (2)多流控制能有效地减少通信延迟,这样控制数据能够通过单独的流通道来传递,其他非控制数据流走其他的多个流通道,这样控制数据不会被其他通信阻塞,从而获得更好的实时性能。另外,接收端发现发生数据丢失时,通过SACK机制SCTP直接给发送端反馈要求重传的消息序号,并且支持无序递交,有利于快速重传。

  (3)增加的安全机制有助于工业以太网抵御synflood和匿名攻击。

  基于SCTP的工业以太网通信是可行性的,因为:

  首先,SCTP和TCP,UDP一样是基于IP的通用传输层协议,而且更加先进。以太网解决方案SCTP协议已经成为IETF的正式标准,已经有部分计算机操作系统提供SCTP的支持,在电信行业,NGN中关键的Sigtran协议栈正是基于SCTP传输层协议的,这些足以证明SCTP协议本身的成熟性。

  其次,具体到工业以太网而言,涉及到的端设备包括控制器的以太网模块、工控机板卡、OPC软件、HMI软件等,只需要对它们进行改造,将原本基于UDP和TCP的通信协议和服务应用实现转到基于SCTP上来即可。因为网络的通信对于控制网络的应用而言是透明的,因此,这种升级和改变带来了通信服务质量的提升,而对于控制业务本身没有任何影响。

  最后,由于基于SCTP的工业以太网只是对原有工业以太网协议的变化,因此,不会带来巨大成本压力。

  4 结语

综上所述,SCTP作为新一代基于IP层的通用传输协议,更能满足工业以太网通信的需要。但是,还应该认识到将SCTP应用到工业以太网通信中并不能解决目前面临的所有信息安全问题,其他的一些针对SCTP的建议,诸如在SCTP通信中应用ESP,IPSEC等技术手段保证通信数据的机密性和完整性等,还需针对工业以太网的实际情况做进一步的分析和研究工作。尽管如此,随着研究的深入和业界的探索,SC

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