一种基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法及装置，该方法可覆盖典型工业以太网协议特征数据包持续生成，为工业以太网流量分析研究，工业以太网安全分析、测试验证提供直接支持，具有良好的应用前景。同时，利用时间戳计数器（TSC）进行高分辨率时间测量来解决操作系统定时精度较低带来的无法精准依据记录给定时间点进行发送的问题。精准依据记录给定时间点进行发送的问题。精准依据记录给定时间点进行发送的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法及装置


[0001]本专利技术涉及网络测试
，特别是涉及一种可覆盖典型工业以太网协议特征数据包持续生成的基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法及装置。

技术介绍

[0002]网络安全就是网络上的信息安全，是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，系统连续可靠正常地运行，网络服务不中断。
[0003]随着国家信息化和工业化的深度融合，大量信息化、智能化产品及先进技术手段被应用到各类工控系统中，打破了传统工业企业网络原本的物理隔离状态。各类技术被引入的同时信息技术安全风险也随之引入，为工业以太网安全防护带来了极大的挑战。为此，国内大量信息安全厂商也随之加大投入，推出了众多工业以太网安全设备及软件。
[0004]工业以太网安全设备及软件在研发完成后，需要对其性能进行验证，为了保证性能验证的准确性，通常需要将工业以太网安全设备及软件接入正常运行的相应工业以太网内。然而，由于工业以太网属于高价值网络，任何操作中断都将直接影响企业生产节奏，而常规的安全设备测试验证手段多会对网络数据监听处理后分析，由于安全设备及软件接入正常运行的以太网可能会影响以太网正常的时序，从而带来对工业网络正常数据实时性、时序性影响，对工业设备运转带来不可预期影响，而缺乏验证的工业以太网安全设备又无法体现其有效性。
[0005]为了解决上述问题，网络数据包生成器被提出，网络数据包生成器(又称网络测试仪，可以简称数据包生成器)通过生成特定的网络数据包，将该网络数据包发往待测网络安全设备中，并接收待测网络设备返回的数据包来实现性能测试、功能测试和网络连通性测试等功能。然而，现有技术中的网络数据包生成器普遍存在功能单一，由于模拟的工业以太网的数据量较大，传统的网络数据包生成器还存在数据包生成速度慢，数据发送存在中断以及卡断的问题。
[0006]随着国产化技术的不断发展，未来基于国产化平台的网络数据包生成装置也需要深入研究。因此亟需一种基于国产化平台，且能够对工业以太网特征数据全覆盖模拟生成的装置，为工业以太网安全技术发展、工业以太网性能检测提供基础支撑。

技术实现思路

[0007]鉴于上述问题，本专利技术提供用于克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法及装置。可覆盖典型工业以太网协议特征数据包持续生成，为工业以太网流量分析研究，工业以太网安全分析、测试验证提供直接支持，具有良好的应用前景。
[0008]本专利技术提供了如下方案：一种基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法，包括：
获取存储于文件系统中的若干数据文件，每个所述数据文件包括一种数据帧类型的待模拟工业以太网数据；将若干所述数据文件中包含的数据帧负载一一对应的存储于若干环形缓冲区内；采用多核并行序列化模型将若干所述环形缓冲区内的数据帧负载一一进行列化获得若干序列化记录，并将若干所述序列化记录推入多生产者多消费者无锁队列；所述多核并行序列化模型包括若干第一并行工作线程，所述序列化记录包括目标序列化格式；采用并行发送模型将所述多生产者多消费者无锁队列中的若干所述序列化记录取出，并采用直接存储器访问的方式通过网卡向外发送；所述并行发送模型包括若干第二并行工作线程。
[0009]优选地：所述目标序列化格式包括从左向右依次排列的length域、timestamp域以及data payload域；所述length域用于表示数据包负载的长度，所述timestamp域用于表示数据包未来发送时刻，所述data payload域用于表示数据包发送时直接发送的数据负载。
[0010]优选地：所述数据文件中存储的内容包括同一数据帧类型的所述待模拟工业以太网数据中OSI七层协议中物理层以上的所有数据帧负载。
[0011]优选地：采用数据创建线程创建获得若干所述环形缓冲区，若干所述环形缓冲区的数量与若干所述数据文件的数量相同，每个所述环形缓冲区包含的节点个数与每个所述数据文件包含的数据个数相同，所述节点的内容包括数据负载内容、数据负载长度、数据发送速度。
[0012]优选地：每个所述第一并行工作线程按所述环形缓冲区链表的串联顺序以多倍于所述多生产者多消费者无锁队列的消费速度，依次将所述环形缓冲区内的数据帧负载取出进行列化获得序列化记录。
[0013]优选地：所述多核并行序列化模型单线程工作方法包括：确定所述多生产者多消费者无锁队列空信号量后，从对应的所述环形缓冲区取出数据、数据长度及发送速度相关信息；从内存池分配内存创建所述序列化记录并将数据长度填入所述序列化记录，所述内存池由所述数据创建线程创建获得。
[0014]优选地：，确定所述序列化记录为所述第一并行工作线程生成的首条序列化记录；获取系统时间戳计数器值以及计算首条所述序列化记录的第一发送时间戳并存入全局变量，作为后续生成所有所述序列化记录的基准参考点；根据首条所述序列化记录的数据帧未来发送时间戳、所述系统时间戳计数器值以及第一发送时间戳计算获取首条所述序列化记录的数据帧未来发送时刻，并将所述数据帧未来发送时刻填入所述序列化记录；拷贝数据帧负载内容到所述序列化记录；将所述序列化记录推入多生产者多消费者无锁队列中。
[0015]优选地：所述采用并行发送模型将所述多生产者多消费者无锁队列中的若干所述序列化记录取出，并采用直接存储器访问的方式通过网卡向外发送，包括：确定本次发送为首次发送；记录数据第二发送时间戳，将所述第二发送时间戳以及所述系统时间戳计数器值作为后续所有单线程发送数据的基准参考点。
[0016]优选地：所述文件系统布置于基于国产化的飞腾平台中，所述网卡为基于飞腾平台的DMA网卡。
[0017]一种基于国产化平台的工业以太网数据包生成装置，包括：数据文件获取单元，获取存储于文件系统中的若干数据文件，每个所述数据文件包括一种数据帧类型的待模拟工业以太网数据；缓存单元，用于将若干所述数据文件中包含的数据帧负载一一对应的存储于若干环形缓冲区内；序列化记录单元，用于采用多核并行序列化模型将若干所述环形缓冲区内的数据帧负载一一进行列化获得若干序列化记录，并将若干所述序列化记录推入多生产者多消费者无锁队列；所述多核并行序列化模型包括若干第一并行工作线程，所述序列化记录包括目标序列化格式，发送单元，用于采用并行发送模型将所述多生产者多消费者无锁队列中的若干所述序列化记录取出，并采用直接存储器访问的方式通过网卡向外发送；所述并行发送模型包括若干第二并行工作线程。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本申请实施例提供的一种基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法及装置，可覆盖典型工业以太网协议特征数据包持续生成，为工业以太网流量分析研究，工业以太网安全分析、测试验证提供直接支持，具有良好的应用前景。同时，利用时间戳计数器（TSC）进行高分辨率时间测量来解决操作系统定时精度较低带来的无法精准依据记录给定时间点进行发送的问题。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法，其特征在于，包括：获取存储于文件系统中的若干数据文件，每个所述数据文件包括一种数据帧类型的待模拟工业以太网数据；将若干所述数据文件中包含的数据帧负载一一对应的存储于若干环形缓冲区内；采用多核并行序列化模型将若干所述环形缓冲区内的数据帧负载一一进行列化获得若干序列化记录，并将若干所述序列化记录推入多生产者多消费者无锁队列；所述多核并行序列化模型包括若干第一并行工作线程，所述序列化记录包括目标序列化格式；采用并行发送模型将所述多生产者多消费者无锁队列中的若干所述序列化记录取出，并采用直接存储器访问的方式通过网卡向外发送；所述并行发送模型包括若干第二并行工作线程。2.根据权利要求1所述的基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法，其特征在于，所述目标序列化格式包括从左向右依次排列的length域、timestamp域以及data payload域；所述length域用于表示数据包负载的长度，所述timestamp域用于表示数据包未来发送时刻，所述data payload域用于表示数据包发送时直接发送的数据负载。3.根据权利要求1所述的基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法，其特征在于，所述数据文件中存储的内容包括同一数据帧类型的所述待模拟工业以太网数据中OSI七层协议中物理层以上的所有数据帧负载。4.根据权利要求1所述的基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法，其特征在于，采用数据创建线程创建获得若干所述环形缓冲区，若干所述环形缓冲区的数量与若干所述数据文件的数量相同，每个所述环形缓冲区包含的节点个数与每个所述数据文件包含的数据个数相同，所述节点的内容包括数据负载内容、数据负载长度、数据发送速度。5.根据权利要求4所述的基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法，其特征在于，每个所述第一并行工作线程按所述环形缓冲区链表的串联顺序以多倍于所述多生产者多消费者无锁队列的消费速度，依次将所述环形缓冲区内的数据帧负载取出进行列化获得序列化记录。6.根据权利要求5所述的基于国产化平台的工业以太网数据包生成方法，其特征在于，所述多核并行序列化模型单线程工作方法包括：确定所述多生产者多消费者无锁队列空信号量后，从对应的所述环...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚俊，罗森林，李龙杰，李竞择，欧阳迪，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团自动化研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：