SCTP在工業以太網通信技術中的應用研究

0 引言
隨著以太網通信技術的快速發展和廣泛應用，其開放性、平臺無關、信息服務多樣性等優點以及和傳統總線相比具有的高速和互聯互通優勢，使以太網通信成為目前世界上工業控制領域高速通信的事實標準和未來通信的發展趨勢。工業自動化領域的主要廠商紛紛開發了自己的工業以太網標準并推出了相應的以太網產品。ARC Group針對工業以太網市場的調查報告顯示，2003～2008年間，與工業以太網密切相關的DCS產品和PLC產品的市場容量年增長率分別達到了15％和14％。
從應用領域來看，工業以太網除了在工廠自動化和樓宇自動化等過程控制領域不斷提升應用比例外，在電信、電力、石油、交通等重大基礎設施中，由于項目應用本身對分布式和互聯互通的要求，被依賴的程度也會不斷加深。
工業控制網絡的以太網化使得企業的制造控制網絡和企業信息網絡可以無縫地結合起來，形成生產、控制、管理、決策、服務一體化的企業運行模式，對改變生產管理運營模式、提升企業競爭力產生了巨大的提升作用。
可見，工業以太網已經成為了連接地理上分布的控制網絡的紐帶，更成為了企業信息自動化的“神經中樞”。因此，以工業以太網為對象，研究其信息安全具有重大意義。

1 工業以太網面臨的信息安全問題
由于技術和商業等因素的原因，工業領域的主要廠商單獨或者幾家聯合推出了不同的解決方案，導致了多種網絡標準共存的局面。例如，西門子公司主推Profibus和ProfiNet；羅克韋爾自動化提出了CIP網絡概念，包括EtherNet／IP，ControlNet和DeviceNet三層網絡；施耐德電器則基于Modbus和Modbus TCP實現數據在系統中的透明傳輸。
目前，實際使用的工業以太網的協議有上百種，常用的也有20多種，例如Modbus TCP，FF-HSE，Profi-Net，SRTP TCP／IP，EtherCAT等。
考慮到現場總線的實時性要求，對于要求響應時間小于5ms的應用，各大廠商和標準化組織還在IEEE 802．11的基礎上進行了實時擴展，即實時以太網。2005年5月發布的實時以太網國際標準IEC 61784-2公布了包括中國在內的EPA在內的15種實時以太網協議。
雖然工業以太網總線協議的種類繁多，但是基本上都是在各自修改其應用層協議的基礎上支持TCP／IP規范實現的，以爭取通過高層協議達到相互兼容的目的。圖1是部分典型以太網協議棧的示意圖，其中的(a)，(b)，(c)分別是Modbus TCP，ProfiNet，EPA協議的模型。

作為工控網絡通信的關鍵環節，工業以太網帶來更加開放集成的工業自動化和信息化的整體解決方案，擁有越來越廣闊的應用前景的同時，也導致了工業自動控制網絡的安全威脅的增加。目前，針對工業以太網的安全研究已經成為一個熱點。一種研究思路是從信息安全的五個基本要素：機密性、完整性、可用性、可控性與可審查性對照審查并加強其薄弱環節，另一種研究思路是按照資產風險威脅模型針對具體的工業以太網從入侵檢測的角度進行網絡安全的防范。