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                                                              疑问解答

                                                              一种高效的工业网方案---业务虚拟网络(BVN)

                                                               
                                                              1. 概述
                                                                  随着工业互联网的发展,传统的商业网络业务处理技术爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,对目前复杂的工厂爱游戏体育|官网登录 、车间爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、交通爱游戏体育|官网登录 、工业控制和自动化工程爱游戏体育|官网登录 、企业和私有云等多业务复杂网络,表现出处理效率低爱游戏体育|官网登录 、实时性差爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、配置复杂爱游戏体育|官网登录 、安全性不满足等保要求等问题。本文详细的介绍用于业务划分的工业级组网方案-业务虚拟网络(Business Virtual Network,BVN)。从概念原理、工程案例两方面对比传统网络业务处理技术(VLAN爱游戏体育|官网登录 、ACL爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、网关、VxLAN等)和BVN爱游戏体育|官网登录 ,来阐述BVN技术在效率、安全爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、成本等方面的优越性爱游戏体育|官网登录 。
                                                              1. 传统网络业务处理技术
                                                                  传统网络中爱游戏体育|官网登录 ,对用户进行业务区域划分是通过VLAN爱游戏体育|官网登录 、ACL爱游戏体育|官网登录 、网关爱游戏体育|官网登录 、VxLAN等技术爱游戏体育|官网登录 ,这些技术曾经对一些实时性不高的简单商业网络做出过很大的贡献爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。但这些技术对业务的划分采用的是数据包过滤爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、三层转发爱游戏体育|官网登录 、拆分数据包爱游戏体育|官网登录 、规则比对等技术爱游戏体育|官网登录 ,方法过于复杂爱游戏体育|官网登录 、效率低、不能符合目前复杂的网络爱游戏体育|官网登录 。
                                                                  传统网络安全方面爱游戏体育|官网登录 ,安全防护主要是用防火墙爱游戏体育|官网登录 、探针爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、蜜罐等设备来实现的。且技术上也是采用数据包过滤爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、三层转发爱游戏体育|官网登录 、数据镜像等方法爱游戏体育|官网登录 ,严重影响数据转发效率且占用网络端口资源爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。由于价格问题,也提高了网络搭建成本爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。
                                                              1. 传统网络工程案例
                                                                  如下图所示是某电厂的传统网络业务划分图爱游戏体育|官网登录 ,本网络包含3个业务,分别用不同的颜色块表示出来爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。红线把网络分成3个部分:上面是控制中心:有控制系统和服务器等设备爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ;中间是冗余的工业交换机和路由器;下面是3个物理业务子网爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。现在用传统的业务划分方法来进行业务划分:
                                                              BVN-传统的业务规划图
                                                               (图1爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,某电厂网络传统的业务规划图)
                                                               
                                                              传统的业务划分方法
                                                              1)使用数通设备为每个业务建立独立的物理网络(如图1所示),在子网或者整网的上联出端口处配置防火墙爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、探针爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、蜜罐等防护设备。
                                                              2)采用VLAN隔离卑蜗诽逵齶官网登录 爱游戏体育|官网登录 ;ぐ蜗诽逵齶官网登录 ,即为每个业务划入一个VLAN爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,用大量的VLAN ID设置来隔离子网。
                                                              3)配置路由器R1爱游戏体育|官网登录 ,把控制中心与下面的业务子网用网关隔离爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,达到隔离网络和抑制广播的目的爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。
                                                              4)由于VLAN不能穿过冗余路由器爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,所以在路由器R1上,采用ACL来对不同的业务进行控制爱游戏体育|官网登录 ,来控制3个业务对控制中心的打印机爱游戏体育|官网登录 、服务器等设备的访问爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。
                                                              此方法的缺点:
                                                              1)网络配置时工作量巨大爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。物理网络很难共享,人为造成通讯瓶颈,VLAN网络逻辑太复杂,甚至部分共享功能无法实现爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。如:业务1业务2同时包含PC2;业务2业务3同时包含PC3爱游戏体育|官网登录 、PLC(电)。计算量巨大,在用户较多的情况下爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,工程师手动来实现几乎不可能爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。
                                                              BVN-VLAN逻辑条数
                                                              (图2爱游戏体育|官网登录 ,VLAN逻辑条数)
                                                               
                                                              2)技术上也无法实现上述配置爱游戏体育|官网登录 。VLAN无法穿过R1爱游戏体育|官网登录 ,路由器R1到控制中心必须使用ACL来控制访问爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,由于ACL效率低爱游戏体育|官网登录 ,导致主力路由器都有规则条数限制爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,因此很难满足要求爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。
                                                              3)网络资源效率低爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。路由、ACL转发效率低,加上中间有一些病毒防护设备也需要过滤检查数据帧内容爱游戏体育|官网登录 ,因此下面的业务子网到控制中心,数据访问效率特别低爱游戏体育|官网登录 。目前的工业网络实时性爱游戏体育|官网登录 、吞吐量要求很高,所以很难满足要求爱游戏体育|官网登录 。
                                                              4)成本高。如果要满足等保要求,要在子网的交换机上、或者路由器上联口多处安装防火墙、探针、蜜罐等防护设备,大幅增加网络搭建成本爱游戏体育|官网登录 。
                                                              1. BVN概念的提出
                                                                  用户本身是业务运行结构的设计者和使用者爱游戏体育|官网登录 ,很清楚每个业务系统架构和业务单元使用的通讯设备和通讯端口爱游戏体育|官网登录 、以及业务间或业务单元间的访问关系爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。他们往往不清楚的是:如何来实现对应的复杂逻辑网络结构和设置,或者不清楚如何搭建病毒防护网络爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。
                                                                  BVN技术开发者的初衷就是为只知道自己的业务需求的用户爱游戏体育|官网登录 ,或者熟悉技术但不想承担巨大工作量的用户提供一种技术爱游戏体育|官网登录 。通过简单的操作爱游戏体育|官网登录 ,直接依据用户对业务(资源爱游戏体育|官网登录 、组织爱游戏体育|官网登录 、关系)的定义自动生成虚拟逻辑网络拓扑,就能搭建出比传统技术更高效爱游戏体育|官网登录 、安全爱游戏体育|官网登录 、成本低的网络爱游戏体育|官网登录 。技术开发者总结了多年来工业网络的需求爱游戏体育|官网登录 ,结合网络搭建、病毒防护等经验爱游戏体育|官网登录 ,推出了工业网设计方案,即业务虚拟网络(BVN)。
                                                              1. BVN技术的优势
                                                                  业务虚拟网络(BVN)集成了一套基于数据链路层实现的拓扑算法爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,解决了VLAN爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、ACL爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、网关等技术对业务划分的诸多弱点爱游戏体育|官网登录 ,同时也去掉了防火墙爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、探针爱游戏体育|官网登录 、蜜罐等设备爱游戏体育|官网登录 ,在网络内部提供了一套基于二层网络的高效病毒防护的技术爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。
                                                                  整个网络更换为BVN技术组网后,业务划分灵活简单、高效爱游戏体育|官网登录 、安全爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,转发效率能够达到100%的吞吐能力,最后安全方面在去除防火墙的情况下,不只是对整网的入口进行过滤爱游戏体育|官网登录 ,对整个网络的每个用户都能做到时时检测爱游戏体育|官网登录 、报警、阻断等爱游戏体育|官网登录 。
                                                              1. BVN应用案例
                                                                  继续以电厂项目案例来说明,如下图所示还是某电厂的网络业务划分图爱游戏体育|官网登录 ,本网络包含3个业务,还是分别用不同的颜色块表示出来爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。红线把网络分成3个部分:上面是控制中心爱游戏体育|官网登录 ;有控制系统和服务器等设备;中间是冗余的两台交换机爱游戏体育|官网登录 ;下面是3个物理业务子网爱游戏体育|官网登录 。现在用BVN技术来进行业务划分:
                                                               
                                                                                             BVN-网络规划图
                                                              (图3爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,某电厂升级BVN技术后的网络规划图)
                                                               
                                                              BVN技术业务划分方法
                                                              1)用数通设备为每个业务建立独立的物理网络(如图3所示)爱游戏体育|官网登录 。去除R1改为交换机设备爱游戏体育|官网登录 。此时不再需要在子网或者整网的上联出端口处配置防火墙、探针爱游戏体育|官网登录 、蜜罐等防护设备爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。
                                                              2)由于BVN技术有一套成熟的拓扑逻辑算法爱游戏体育|官网登录 ,不需要手动去计算整个网络的VLAN逻辑爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、ACL爱游戏体育|官网登录 、网管逻辑爱游戏体育|官网登录 。只需要通过图形化界面进行用户分组分配爱游戏体育|官网登录 。然后自动生成拓扑关系爱游戏体育|官网登录 。最后打开病毒防护功能。
                                                              3)以上两步就结束了BVN网络的设置,工作量大幅减低。
                                                              此方法的优点:
                                                              1)效率高爱游戏体育|官网登录 。与传统的组网技术(VLAN爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、ACL、网管爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、VxLAN)相比,BVN技术是使用纯二层技术进行数据分组转发的爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,实测吞吐量可以达到100%爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。传统的病毒防御手段(防火墙爱游戏体育|官网登录 、探针爱游戏体育|官网登录 、蜜罐)对所有的网络数据要进行帧过滤爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、镜像,对网络资源占用大,也严重的拖慢了数据转发效率。以上问题,也是常见的传统业务网络增加了安全设备后爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,网络访问超级慢的2个主要原因爱游戏体育|官网登录 。很多传统网络不得不在网络快慢爱游戏体育|官网登录 ,和安全两方面做一个取舍爱游戏体育|官网登录 。
                                                              2)更安全爱游戏体育|官网登录 。如图2所示爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,如果要达到等保安全要求爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,必须在子网的每个设备(甚至端口)上增加病毒防护设备,这样才能够完全阻断病毒爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、木马在子网内寻址爱游戏体育|官网登录 、传播等爱游戏体育|官网登录 。在图3中完全去掉了这些设备爱游戏体育|官网登录 ,而是通过BVN技术在二层对病毒的传播行为进行侦听爱游戏体育|官网登录 ,对通信设备的每个端口进行实时性卑蜗诽逵齶官网登录 爱游戏体育|官网登录 ;ぐ蜗诽逵齶官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。通过对病毒爱游戏体育|官网登录 、木马传播前的寻址爱游戏体育|官网登录 、扫描等行为进行分析,把病毒爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、木马的传播阻断在初期。而且对网络资源的占用可以忽略不计爱游戏体育|官网登录 。
                                                              3)部署简单爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。BVN技术是通过链路层的专有算法自动计算出复杂的拓扑逻辑,用户只需要图形界面简单的对用户进行分组(如图4所示)爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,点击下发即可完成整个网络的部署。这个过程和传统网络的手动VLAN爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、网关爱游戏体育|官网登录 、ACL配置相比爱游戏体育|官网登录 ,工作量几乎可以忽略不计爱游戏体育|官网登录 。
                                                              BVN业务划分界面
                                                              (图4 BVN业务划分界面)
                                                               
                                                              4)成本低爱游戏体育|官网登录 。主要两点爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,首先是去掉了内网用来做网关隔离的路由设备爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,其次去掉了内网中为了符合等保要求而增加的病毒防护设备爱游戏体育|官网登录 ,只要把数通设备改用集成了BVN技术的工业交换机即可爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。不需要增加任何附加设备爱游戏体育|官网登录 。而二层网络设备价格比较便宜爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。所以使用BVN技术大幅降低了业务网络搭建成本。
                                                              1. 总结
                                                                  BVN开发者的初衷是爱游戏体育|官网登录 ,从原理上入手找寻一种技术,来提高复杂业务网络传输效率爱游戏体育|官网登录 、安全性爱游戏体育|官网登录 ,同时也保证了为工程师提供一种简单易用的工业网方案爱游戏体育|官网登录 。BVN是复杂网络业务设计和网络安全一体化设计爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,在通过了实验室的效率爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、安全等测试后爱游戏体育|官网登录 ,目前已经在市场上进行了实际应用爱游戏体育|官网登录 ,客户反馈良好爱游戏体育|官网登录 。相信BVN技术很快就会在工业控制和自动化工程爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 、企业爱游戏体育|官网登录 、交通等应用场景大范围推广。

                                                              备注信息:

                                                                    如需要了解更多的工业交换机产品,请浏览:上海自恒信息科技有限公司官网爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 ,查看工业交换机,光纤收发器,等相关产品爱游戏体育|官网登录 爱游戏体育|官网登录 。
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