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基于VRRP的远程工业控制链路的设计

更新时间：2019-12-30 19:46:11 大小：2M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：vrrp远程工业控制 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对远程工业控制单线互联链路中出现的安全性差、易中断的问题,结合IPSec隧道提供的高安全性和VRRP协议提供的简洁、有效的冗余性,设计了一种基于VRRP的远程工业控制网络链路.链路首先使用VRRP协议实现双线路冗余,然后使用IPSec隧道提高线路的安全性,最后使用防火墙进一步提高此链路的防攻击能力.实验表明,本链路可以有效克服传统的单线传输网络易中断的问题,且配置简单,安全性高.

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基于VRRP的远程工业控制链路的设计.pdf 2M

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2017 年第 33 期  
Digitization user  
数字化用户  
工程技术  
基于VRRP的远程工业控制链路的设计  
宋小静ꢀ杜才亮  
（300300ꢀ中国民航大学电子信息与自动化学院ꢀ天津）  
针对远程工业控制单线互联链路中出现的安全性差、易中断的问题，结合IPSec隧道提供的高安全性和VRRP协  
【摘ꢀ要】  
议提供的简洁、有效的冗余性，设计了一种基于VRRP的远程工业控制网络链路。链路首先使用VRRP协议实现双线路冗余，  
然后使用IPSec隧道提高线路的安全性，最后使用防火墙进一步提高此链路的防攻击能力。实验表明，本链路可以有效克服传  
统的单线传输网络易中断的问题，且配置简单，安全性高。  
远程；工业控制；VRRP；IPSec  
【关键词】  
引言：工业控制系统指的是在自动化生产过程中所使用的  
各种设备的集合[1]。工业控制系统广泛应用在各种工业控制  
领域。随着技术的发展，工业以太网以其快速、高可靠等特点  
越来越多的被工业控制系统采用。网络化技术为工业控制拓展  
了空间和机遇，同时也带来了诸如信息安全等问题[2]。随着  
定义的安全标准，用来提供公网和专用私网的加密和认证服  
务。IPSec可以封装包数据，实现异地内网互通，且支持加  
密。IPSec应用场景可分三类：网关对网关、终端对终端、终  
端对网关。其有两种工作模式：传输模式和隧道模式。隧道  
模式比传输模式增加了一层IP头数据，可以实现内网穿透。  
两个工业以太网内部进行互联需要进行多终端对多终端  
的访问，且要求不改变既有网络架构。因此应选择网关对网  
工厂规模的扩大，各分厂之间的数据通信有着急迫的需求  
本文从工业控制系统远程总体架构、IPSec(Internet  
Protocol Security)和VRRP(Virtual Router Redundancy 关和隧道模式。  
。
Protocol)网络设计等三个方面论述高可靠远程工业系统互联  
的设计。  
（2）VRRP虚拟路由器冗余  
VRRP是一种路由冗余协议，它可以把一组路由器组合为  
一个虚拟路由器。设置有虚拟路由器IP的VRRP路由器成为主  
1.远程工业控制系统架构  
远程工业控制系统面临的问题主要包括三个方面。第 路由，此路由器维护数据包的转发。当主路由器不可达时，  
一，自然因素如供电、温湿度、台风等影响造成的链路中 VRRP协议提供了转移机制，使网络中的计算机仍可以使用虚  
断。第二，内部因素如软件、硬件故障，操作失误等影响造 拟路由器IP作为其下一跳，保证网络的畅通。  
成的链路不通畅或中断。第三，黑客入侵造成的安全隐患。  
工控网络具有脆弱性，主要包括协议、软件漏洞、网络边界  
不明确[3]。因此远程工业控制系统应具有全面的防御系统用  
2.实验与结果  
为了验证远程工业控制系统的有效性和可用性，本文设  
计了一个实验。实验环境为同校区两个不同实验室，防火墙  
来阻挡外部入侵，另外需要设计冗余链路保证远程工业控制 为深信服安全网关MIG-1100， 路由器为Mikrotik RB951G。  
系统的可靠性。 分别设计两个链路，1、内网有线链路，2、教育网公网链  
为了解决这些问题，本文设计远程工业控制系统使用虚 路。如图2所示实验网络架构。  
拟专用网(VPN)和IPSec解决链路层数据安全问题。利用VRRP  
解决单链路失效后网络中断问题，实现链路级冗余。采用将  
路由设备放在防火墙后可减少被攻击的概率。远程工控系统  
如图1所示  
图2 实验网架构  
图3.a R-A VRRP设置  
图1 系统架构  
图中，系统分两个链路，记为链路A和链路B，两链路分  
图3.b R-B VRRP设置 图4 IPSec连接  
图2中，路由器a、c之间使用内网连接，路由器b、d之间  
别接入不同ISP来实现冗余。当单链路失效后不影响系统通 使用教育网连接。使用Router OS内建测试工具测试内网和教  
育网质量，其结果如表1所示  
Packets Loss (%) Min (ms) Avg (ms) Max (ms)  
信。两厂路由器前方有一防火墙，滤除除对方工厂IP外所有  
的连接，并防御其他外部入侵。  
（1）IPSec连接  
内网链路测试 317  
教育网链路测试 329  
0.0  
0.3  
1
78  
1
97  
6
1071  
IPSec是由Internet Engineering Task Force (IETF)  
139  
万方数据  
2017 年第 33 期  
Digitization user  
数字化用户  
工程技术  
由表1可知，内网链路质量良好，教育网链路质量不佳。  
因此设置内网链路为VRRP主路，教育网链路为VRRP辅路。在  
R-A路由器上wan口上添加VRRP端口，命名为vrrp1，设置vrid  
IPSec隧道，路由器F设置如图4所示。至此基于VRRP的实验网  
络搭建完成。测试结果如图5所示。  
由图5可知，内网、教育网两条线路畅通条件下，内网线  
为1，优先级为110。如图3.a所示。同时在R-B路由器上wan 路切断后短时间内数据包自动切换到教育网线路。  
口上添加VRRP端口，命名为vrrp1，设置vrid为1，优先级为  
100。记为A组。同时在R-C、R-D相应的wan口添加VRRP端口。  
3.结论  
针对远程工业控制系统面临的问题，本文利用VRRP和  
记为B组。最后设置A组vrrp的IP为192.168.3.2/24，B组IP为 IPSec协议设计了一个安全可靠地远程连接方案。VRRP容错协  
192.168.3.3/24  
议配置简单、快速，可以适应多种网络拓扑；IPSec具有安全  
性高和内网穿透能力；两者结合可以综合两者优点，使远程  
链路安全可靠。实验结果表明，本链路可以有效克服传统的  
单线传输网络易中断的问题，且配置简单，安全性高。  
参考文献：  
[1]Wilhiot K.Who’s really attacking your ICS equipmeent[R].  
Silicon Valley：Trend Micro Incorporated，2013  
[2]戴汝为.工业控制系统信息安全联盟致辞[R].北京：工业  
控制信息安全联盟，2014  
[3]陶耀东, 李宁, 曾广圣. 工业控制系统安全综述[J]. 计算  
机工程与应用, 2016, 52(13):8-18  
[4]Kaneko H, Suzuki A. B-6-71 Router load leveling with  
changing the VRRP priority in cooperation with DHCP[C]// Society  
Conference of IEICE. The Institute of Electronics, Information and  
Communication Engineers, 2015:1060-1075  
宋小静（1992年8月），女，河北保定人，硕  
作者简介：  
士（在读一年级），中国民航大学，主要研究方向为控制科  
学与工程。  
图5 测试结果  
使用RB951G内的IPSec模块实现路由器E、F之间对等的  
（上接138页）  
实时监控：  
零件信息维护：零件号、零件名称的新增、保存、修  
改、删除。  
实时监控显示各工位当前加工工件的状态、网络连接状  
况、读写设备状况等各种实时状态和当前测量数据。  
标签初始化：  
车间信息维护：车间号、车间名称的新增、保存、修  
改、删除。  
报表：  
标签初始化程序自动侦测有无标签，当发现标签时对标  
签执行擦除工作，擦除完毕写入格式化信息，如果连续3次擦  
除或写入失败则提示标签损坏。  
合格率日报表：用图表显示每天的工件合格情况。  
合格率月报表：用图表显示每月的工件合格情况。  
合格率年报表：用图表显示每年的工件合格情况。  
四、结束语  
PDA用户登录：  
PDA程序的登录入口，当合法用户登录成功时才能使用PDA  
进行相应的功能操作、否则登录不成功则无法使用PDA操作。  
PDA更改工件状态：  
读取工件状态信息，记录该工件是工废、料废或者要  
去浸渗及返线，并将工件最终状态改为“合格”或“不合  
格”，并自动记录每次操作的时间和操作员；在PDA内存中记  
录修改信息，执行修改后需要与后台系统同步后才能生效。  
PDA读取工件信息：  
本文讲述了RFID 技术应用于汽车发动机缸体加工自动化  
生产中，实现了集RFID 技术、计算机管理技术和工业自动化  
生产一体的现代工业自动化生产追溯管理系统。利用先进科  
技手段为保障，为现代化工业自动化生产管理提供了便利、  
高效的服务，为各个生产工序的自动化控制进一步提供了便  
利条件，为产品的生产数据建立了数字化档案，为产品的质  
量追溯提供个可靠的数据链。  
参考文献：  
用PDA读取工件信息，由于工件信息比较多，PDA的显示  
屏不像电脑那么大，采用分页显示，每个工位显示一页，当  
前工件有几个工位的数据就分几页显示。  
PDA数据同步：  
与后台数据库同步系统用户信息和PDA状态修改记录。系  
统用户信息进行过更新以后要与PDA进行数据同步，以便将新  
的用户数据同步到PDA，同样的，当PDA对电子标签数据进行  
操作，这些更改数据也应及时同步到系统数据库中。  
基础信息维护：  
基础信息维护包括生产线信息维护，工位信息维护，工  
件状态信息维护，零件信息维护，车间信息维护。  
生产线信息维护：生产线编号、生产线名称的新增、保  
存、修改、删除。  
工位信息维护：工位编号、工位名称、所属生产线的新  
增、保存、修改、删除。  
[1]程曦著.RFID应用指南-面向用户的应用模式、标准、  
编码及软硬件选择[M]．北京：电子工业出版社  
[2]崔坚,赵欣.任术才主编.西门子S7可编程序控制器—  
Step7编程指南（第2版）[M]．北京：机械工业出版社  
[3]崔坚主编，西门子工业网络通信指南[M]．北京：机械  
工业出版社  
[4]苗再良．迎接RFID产业化的到来[J]．信息技术与信息  
化
[5]游战清，李苏剑等．无线射频识别技术(RFID)原理与  
应用[M].北京：电子工业出版社，2004．8-18  
[6]周晓光等．射频识别(RFID)系统设计、仿真与应用  
[M]．北京：人民邮电出版社，2008  
[7]饶元，陆淑敏，杨宝刚．面向价值链的RFID体系架构  
与企业应用[M]．北京：科学出版社．2007  
姓名:李彦泽，出生年月:1979.11，性别:男，  
作者简介：  
工件状态信息维护：工件状态编号、工件状态名称的新  
增、保存、修改、删除。  
民族：汉，籍贯:河南南阳，学历：本科，研究方向：rfid技  
术，软件工程。  
140  
万方数据  

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