Введение 4
1 Обзор ведущих мировых достижений в реализации защищенных каналов связи стандарта Ethernet 6
1.1 Обзор сетевых устройств 6
1.1.1 Microchip 6
1.1.2 Intel 7
1.1.3 WIZnet 7
1.1.4 ЭЛВИС 7
1.1.5 Миландр 9
1.2 Обзор микроконтроллеров 11
1.3 Обзор средств моделирования 12
1.3.1 Обзор средств моделирования архитектуры 12
1.3.2 Обзор средств разработкипрограммного обеспечения 16
1.3.3 Обзор средств анализа сети 19
1.4 Обзор методовшифрования 22
1.4.1 Шифр Цезаря 23
1.4.2 Таблица Виженера 24
1.4.3 КвадратПолибия 25
Выводы к Главе 1 27
2 Архитектура и программная модель контроллера с защищенным каналом
Ethernet 28
2.1 Описание структурной схемы 28
2.2 Разработка функциональной схемы 29
2.3 Выбор состава оборудования 31
Выводы к Главе 2 32
3 Программное и аппаратное обеспечение лабораторного прототипа 33
3.1 Архитектура программного обеспечения 33
3.2 Разработка алгоритмов приема и передачи пакетов 34
3.1.1 Передача пакетов 34
3.1.2 Прием пакетов 35
3.2 Разработка программного обеспечения 37
Выводы к Главе 3 38
4 Результаты тестирования и сравнительного анализа полученных решений 39
4.1 Отработка модулей в средах моделирования 39
4.2 Проверка работоспособности программного обеспечения 40
4.3 Анализ трафика 46
Выводы к Главе 4 47
Заключение 48
Список сокращений 50
Список используемых источников 51
ПРИЛОЖЕНИЕ
Проектирование сетевых контроллеров из состава аппаратуры специального назначения, предназначенной для эксплуатации в условиях дестабилизирующих факторов окружающей среды, является актуальной инженерной задачей. Основными проблемами проектирования являются обеспечение надежности связи, защита от несанкционированного доступа, компактная реализация, радиационная стойкость устройств, а также высокие скорости передачи информации [1].
Для решения обозначенных задач разрабатываются нестандартные протоколы и методики обмена данными, применяется помехоустойчивое кодирование и шифрование. На аппаратном уровне обеспечивают радиационную стойкость. Поэтому создание доступных инструментальных средств, обеспечивающих отработку новых протоколов высокого уровня, является актуальной инженерной задачей.
В составе бортовой аппаратуры зачастую применяются устройства, подключенные к Ethernet каналу. Например: навигационные приемники наземного базирования, контрольно-измерительная аппаратура, станции тропосферной связи и прочее [2].
В отечественной промышленности идет активное импортозамещение, что предполагает использование отечественных аналогов, которых не всегда достаточно для производства той или иной составляющей. В России выпускается ряд готовых решений на базе радиационно-стойких сверхбольших интегральных схем (СБИС). Например, СБИС от компаний Элвис [3] или Миландр [4]. Однако в данных СБИС противодействие дестабилизирующим факторам реализуется при разработке на техническом уровне. Например, применяют технологии «кремний на изоляторе», «кремний на сапфире», охранные кольца для ячеек, дублирование или троирование ячеек памяти и прочее [5].
Таким образом, целью выпускной квалификационной работы является разработка программно-аппаратного инструментария для отработки программного обеспечения сетевых контроллеров стандарта Ethernet.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы разработан реконфигурируемый сетевой контроллер с шифрованным каналом Ethernet. В пояснительной записке описаны программно-аппаратный инструментарий для разработки такой системы, а такжеее архитектура и этапыразработки.
По результатам программного и аппаратного тестирования была составлена сравнительная таблица выборок скоростных характеристик при пересылке пакетов. Каждая выборка состоит из 1000 измерений. В таблице 8 представлены усредненные, минимальные и максимальные значения, определенные по снятым характеристикам. На рисунке 32 представлен график со скоростными выборками передачипакетов.
