專利名稱：服務器專用網(wǎng)絡安全保護器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及計算機網(wǎng)絡使用的服務器。
背景技術：
在計算機應用系統(tǒng)中，信息安全已成為用戶和開發(fā)商必須考慮的問題，特別是作為這類系統(tǒng)的核心服務器(如數(shù)據(jù)庫服務器、視頻服務器等)，必須具備防病毒入侵、防非法竊取、防惡意攻擊等功能。雖然，目前解決的方法有防火墻、防病毒軟件即各種各樣的網(wǎng)絡安全設備或裝置，但由于網(wǎng)絡和計算機技術的飛速發(fā)展，以及核心器件及操作系統(tǒng)無自主知識產(chǎn)權等原因，造成目前普遍采用的措施大多具有未知的不安全因素，或需不斷地及時更新，因此，或多或少總存在漏洞，不能完全解決信息安全問題，而自主研發(fā)包括操作系統(tǒng)在內(nèi)的通用信息安全設備，雖是一條可行之路，但會帶來研發(fā)成本高、周期長等問題。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是解決上述問題，提供一種服務器專用網(wǎng)絡安全保護器，它以很低的成本，為基于網(wǎng)絡的計算機應用系統(tǒng)提供一把安全鎖，只有帶有鑰匙的信息才可通過，而這把鑰匙完全可由用戶唯一掌握，因而，可以有效地防止任何病毒通過網(wǎng)絡感染被保護的計算機，也可以有效地防止任何對被保護計算機的非法訪問和惡意攻擊，同時又能保證應用系統(tǒng)正常的信息交換。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種服務器專用網(wǎng)絡安全保護器，其特征在于它由微處理器U2、快速閃存U3、以太網(wǎng)控制器U4、U5及相關接口電路組成；其中微處理器U2的輸入/輸出端口RB0至RB7分別連接到以太網(wǎng)控制器U4的輸入輸出端口SD0至SD7；該八條連接線是數(shù)據(jù)線。用于U2、U4之間的數(shù)據(jù)傳送。
微處理器U2的輸入/輸出端口RC0至RC4分別連接到以太網(wǎng)控制器U4的輸入/輸出端口SA0至SA4；該五條連接線是地址線。
微處理器U2的輸入/輸出端口RC5連接到以太網(wǎng)控制器U4的IOCHRDY端口；用于傳送握手信號對以太網(wǎng)控制器U4的準備狀況進行檢查。
微處理器U2的輸入/輸出端口RC6、RC7分別連接到以太網(wǎng)控制器U4的IOWB、IORB端口；通過該兩條連接線對U4發(fā)出寫和讀的命令。微處理器U2的輸入/輸出端口RD0至RD7分別連接到以太網(wǎng)控制器U5的輸入/輸出端口SD0至SD7；該八條連接線是數(shù)據(jù)線。用于U2、U5之間的數(shù)據(jù)傳送。
微處理器U2的輸入/輸出端口RE0至RE4分別連接到以太網(wǎng)控制器U5的輸入/輸出端口SA0至SA4；該五條連接線是地址線。
微處理器U2的輸入/輸出端口RE5連接到以太網(wǎng)控制器U5的IOCHRDY端口；用于傳送握手信號對以太網(wǎng)控制器U4的準備狀況進行檢查。
微處理器U2的輸入/輸出端口RE6、RE7分別連接到以太網(wǎng)控制器U5的IOWB、IORB端口；通過該兩條連接線對U5發(fā)出寫和讀的命令。
微處理器U2的輸入/輸出端口RA4連接到快速閃存U3的串行時鐘輸入端SCL；用于與設備進行數(shù)據(jù)交換時的同步信號。
微處理器U2的輸入/輸出端口RA5連接到快速閃存U3的串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端SDA；用于地址的輸入和數(shù)據(jù)的輸入輸出。
以太網(wǎng)控制器U4的輸出端口TPOUT+、TPOUT-經(jīng)過變壓器TRAN F耦合分別與接口RJ45_2的TX+、TX-端口連接，接口RJ45_2的RX+、RX-端口分別與接口RJ45_1的TX+、TX-端口連接，接口RJ45_1的RX+、RX-端口經(jīng)過變壓器TRAN_R耦合分別與以太網(wǎng)控制器U5的輸出端口TPIN+、TPIN-連接。
所述微處理器U2的型號可以是SX52。
所述以太網(wǎng)控制器U4的型號可以是8019AS。
所述以太網(wǎng)控制器U5的型號可以是8019AS。
所述快速閃存U3的型號可以是24LC256。
所述以太網(wǎng)控制器U4的LED1、LED2端口分別經(jīng)過指示燈RXF、TXF連接到電源。該兩個指示燈是U4的信息接收和發(fā)送指示燈。
所述以太網(wǎng)控制器U5的LED1、LED2端口分別經(jīng)過指示燈RX、TX連接到電源。該兩個指示燈是U5的信息接收和發(fā)送指示燈。
所述微處理器U2的輸入/輸出端口RA6經(jīng)過指示燈POWER連接到電源。該指示燈是工作指示燈。
本實用新型有以下積極有益效果本產(chǎn)品的特點是以嵌入式網(wǎng)絡技術和單片機技術為核心，通過兩個獨立工作的以太網(wǎng)控制器以及兩個RJ45接口，分別與局域網(wǎng)及被保護計算機相連。在兩個以太網(wǎng)控制器間，通過內(nèi)部總線提供了一條單向的數(shù)據(jù)通道，來自網(wǎng)絡用戶對被保護計算機的訪問，必須通過內(nèi)部總線，并由MCU(微處理單元)控制。MCU將檢查這些訪問信息包的合法性，決定是否打開通道。合法訪問包括1.用于網(wǎng)絡維護和測試的操作(如ping操作)；2.帶有加密標識碼(鑰匙)訪問信息，即所有對被保護計算機的訪問必須帶有加密標識碼，否則，訪問信息將被阻斷，從而保護計算機的安全。而從被保護計算機發(fā)出的信息，將通過對外直接通道與局域網(wǎng)相連，不需經(jīng)過MCU的處理，這樣，對于一些即使象視頻服務這樣產(chǎn)生大碼流量的數(shù)據(jù)通信，也不會對處理芯片提出更高的要求。設備結構更為合理、緊湊，用戶只需在原應用系統(tǒng)中嵌入專用的接口軟件，就以保證原應用系統(tǒng)正常工作。
本產(chǎn)品的硬件和軟件完全是自主開發(fā)成功的，即可保證被保護計算機與局域網(wǎng)間單向的物理隔離，又不存在屬主操作系統(tǒng)可能存在的安全隱患，可以以很低的成本，為基于網(wǎng)絡的計算機應用系統(tǒng)提供一把安全鎖，只有帶有鑰匙的信息才可通過，而這把鑰匙完全可由用戶唯一掌握，因而，可以有效地防止任何病毒通過網(wǎng)絡感染被保護的計算機，也可以有效地防止任何對被保護計算機的非法訪問和惡意攻擊，同時又能保證應用系統(tǒng)正常的信息交換。
本產(chǎn)品可應用于各種信息系統(tǒng)中重要的數(shù)據(jù)庫、視頻服務系統(tǒng)中視頻服務器的安全保護，這對基于網(wǎng)絡的各種信息系統(tǒng)具有非常重要的意義。
圖1是本實用新型一實施例的外形俯視示意圖；圖2是圖1的側視圖；圖3是本實用新型在計算機系統(tǒng)中應用的示意圖；圖4是本實用新型的微處理器SX52(U2)、串行E2PROM(U3)以及相關的外圍電路原理圖。
圖5是本實用新型的以太網(wǎng)控制器8019AS(U4)及其相關的接口電路原理圖。
圖6是本實用新型的以太網(wǎng)控制器8019AS(U5)及其相關的接口電路原理圖；圖7本實用新型的電源接口電路原理圖；圖8是本實用新型的軟件流程圖。
具體實施方式
請參照圖1、本實用新型的外殼可以是一盒體1，請參照圖2、盒體1的側面有兩個接口，其中的RJ45_1是連接以太網(wǎng)的局域網(wǎng)接口。RJ45_2是與被保護計算機或被保護服務器連接的。兩個接口之間有四個接線端子，其中接線端子1、3接5V電源，接線端子2、4接地。請參照圖3，本實用新型的使用方法是連接在局域網(wǎng)和被保護服務器之間。
請參照圖4、圖5、圖6、圖7，本實用新型的硬件結構和工作原理如下核心芯片(U2)采用美國UBICOM公司的SX52嵌入式網(wǎng)絡單片機，SX52是UBICOM公司8位超高速微處理器，其主頻為50MH，一個指令周期只有20ns，TCP/IP協(xié)議嵌入其內(nèi)。兩個以太網(wǎng)接口芯片采用了RealTek公司出品的一種全雙工以太網(wǎng)控制器RTL8019AS(U4、U5)。它自帶16KB的SRAM，工作在EthernetII、IEEE802.3、10Base2、10BaseT下，與NE2000兼容。它具有全雙工(full-duplex)及下電(power dowm)的特點。它可滿足10Mb的需求。U3為串行E2PROM，用于存貯密鑰和用戶信息。
網(wǎng)上用戶發(fā)給被保護計算機的信息幀首先由以太網(wǎng)控制器8019AS(U5)獲得，微處理器SX52(U2)在讀取后對幀的首部進行分析，從而獲得幀的網(wǎng)絡層協(xié)議類型，對于用來轉(zhuǎn)換IP層和網(wǎng)絡接口層使用地址的ARP地址解析協(xié)議操作及用于與其他主機交換錯誤報文和其他重要信息的ICMP控制報文協(xié)議操作將允許通過，對任何其它的訪問將核對加密標識，判定其合法性，對于合法信息，SX52(U2)將根據(jù)IP首部提供的數(shù)據(jù)長度，將8019(U5)接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)放置8019AS(U4)的發(fā)送緩沖區(qū)中并執(zhí)行發(fā)送操作，被保護計算機將會完整的收到這些信息，從而提供相應的服務；而非法信息，將被舍棄。被保護計算機向網(wǎng)絡發(fā)送的信息，將通過兩RJ45接口直接連通，不需經(jīng)過內(nèi)部的總線及MCU的處理。
本實用新型的整個電路由以下四部分組成第一部分由微處理器SX52(U2)、串行E2PROM(U3)以及相關的外圍電路組成。如圖4所示。第二部分由以太網(wǎng)控制器8019AS(U4)及其相關的接口電路組成。如圖5所示。第三部分由以太網(wǎng)控制器8019AS(U5)及其相關的接口電路組成。如圖6所示。第四部分為電源接口電路原理圖。如圖7所示。下面詳述各芯片的引腳功能和相互之間的連接結構。
1.請參照圖4，SX52(U2)共有52個引腳，引腳說明見下表
2.請參照圖4，24LC256(U3)共有8個引腳，引腳說明見下表
3.請參照圖5，RTL8019AS(U4)共有100個引腳，引腳說明見下表
4.請參照圖6，RTL8019AS(U5)共有100個引腳，引腳說明見下表
5.內(nèi)部接口1)JP2在系統(tǒng)調(diào)試時，用于接入仿真器。
2)JP3在調(diào)試狀態(tài)下，應該將JP3上的跨接器去掉，用仿真器提供的晶振，調(diào)試完畢將程序下載到應用系統(tǒng)以后，將跨接器接上，使用SX52的4、5管腳接入的外接晶振，芯片在50MHz的晶振下工作。
3)指示燈POWER為運行指示燈。
RX和RXF分別為以太網(wǎng)控制器U5、U4的信息接收指示燈。
TX和TXF分別為以太網(wǎng)控制器U5、U4的信息發(fā)送指示燈。
6.對外接口1)RJ45_1 RJ45_2RJ45_1是連接以太網(wǎng)的局域網(wǎng)接口。RJ45_2是與被保護計算機連接的。以太網(wǎng)上的信息幀通過RJ45_1的RX+、RX-(3、6端)，經(jīng)過耦合隔離變壓器TRAN_R的9和7端將信息送入以太網(wǎng)控制器U5的接收緩沖區(qū)。進而實現(xiàn)SX52微處理器對信息的讀取、分析和處理。對正常的信息采取放行處理將信息實時地送入以太網(wǎng)控制器(U4)的發(fā)送緩沖區(qū)，通過TPOUT+、TPOUT-；再經(jīng)過耦合隔離變壓器TRAN_F的1和3端將信息送至RJ45_2的TX+和TX-(1和2端)，從而實現(xiàn)以太網(wǎng)上的信息到被保護計算機的透明傳輸。反之，被保護計算機要傳出的信息通過RJ45_2的RX+和RX-端(3和6端)直接連接到RJ45_1的TX+和TX-端(1和2端)，從而實現(xiàn)信息的傳出。
2)電源輸入(PWR)外接DC 5V電源，向模塊提供電源。其中1、3為正；2、4為負。本實用新型的網(wǎng)絡安全保護器軟件原理如下請參照圖8，網(wǎng)絡安全保護器具有默認IP(10.1.1.20)，系統(tǒng)組建起來后，服務器首先發(fā)給網(wǎng)絡安全保護器一個命令包，把網(wǎng)絡安全保護器設定的IP存儲到網(wǎng)絡安全保護器上的E2PROM中。之后，網(wǎng)絡安全保護器將按照設定的IP進行工作。
在sx52程序中針對這兩個控制器需要設置的地方有以下幾處1)bank定義。現(xiàn)在使用bank1(nic1)和bank9(nic2)2)equates定義。主要是針對sx52的各個管腳的定義。
3)nic的相關函數(shù)操作需要定義雙套，主要因為nicwrite和nicread不同。若是ARP
0806| |...00....|01or02||..............................28定長.............................................|
本實用新型的網(wǎng)絡安全保護器的使用方法如下網(wǎng)絡安全保護器提供兩個RJ45接口，接口RJ45_1和接口RJ45_2，其中RJ45_2口與被保護計算機相連，RJ45_1口與HUB或Switch相連，接上電源(DC 5V)后，模塊中間的紅色POWER指示燈即會慢速閃爍，表明已開始工作。
產(chǎn)品出廠時，隨說明書提供一出廠密鑰和命令字，并提供配置軟件。系統(tǒng)的管理員可根據(jù)說明，修改密鑰，并在合法的網(wǎng)絡用戶端嵌入密鑰程序。在被保護計算機端，只需在后臺運行一個廠家提供的監(jiān)聽程序即可。
對于發(fā)給被保護計算機的ARP應答以及實現(xiàn)ping的功能的包不加以任何限制，確保主要的網(wǎng)絡維護和測試操作可以正常進行。
為便于應用和維護，網(wǎng)絡安全保護器提供三類鑰匙，每類鑰匙具有不同的信任度1)A級系統(tǒng)管理員使用，管理員在操作之前首先發(fā)送一個含有A級密鑰的命令包，網(wǎng)絡安全保護器將記住該主機地址，在接到關閉命令之前，將允許所有來自該主機的信息通過；2)B級網(wǎng)絡安全保護器在接到含有B級密鑰的信息包時，同樣會記住該主機的地址，并只允許下一個來自該主機的信息通過；3)C級對于帶有C級密鑰的信息，網(wǎng)絡安全保護器只允許本條信息通過。
本實用新型的網(wǎng)絡安全保護器可安放于桌面或上機架，提供對單機或計算機組的保護。主要指標如下1.傳輸速率10M2.工作電壓DC 5V；功耗3W3.接口兩個RJ45，一入(局域網(wǎng))一出(被保護服務器)。
4.工作環(huán)境工作溫度0-40℃相對濕度10-85％5.外型尺寸模塊(長×寬×高)220×160×25(單位mm)
權利要求1.一種服務器專用網(wǎng)絡安全保護器，其特征在于它由微處理器(U2)、快速閃存(U3)、以太網(wǎng)控制器(U4)、(U5)及相關接口電路組成；其中微處理器(U2)的輸入/輸出端口(RB0)至(RB7)分別連接到以太網(wǎng)控制器(U4)的輸入/輸出端口(SD0)至(SD7)；微處理器(U2)的輸入/輸出端口(RC0)至(RC4)分別連接到以太網(wǎng)控制器(U4)的輸入/輸出端口(SA0)至(SA4)；微處理器(U2)的輸入/輸出端口(RC5)連接到以太網(wǎng)控制器(U4)的(IOCHRDY)端口；微處理器(U2)的輸入/輸出端口(RC6)、(RC7)分別連接到以太網(wǎng)控制器(U4)的(IOWB)、(IORB)端口；微處理器(U2)的輸入/輸出端口(RD0)至(RD7)分別連接到以太網(wǎng)控制器(U5)的輸入/輸出端口(SD0)至(SD7)；微處理器(U2)的輸入/輸出端口(RE0)至(RE4)分別連接到以太網(wǎng)控制器(U5)的輸入/輸出端口(SA0)至(SA4)；微處理器(U2)的輸入/輸出端口(RE5)連接到以太網(wǎng)控制器(U5)的(IOCHRDY)端口；微處理器(U2)的輸入/輸出端口(RE6)、(RE7)分別連接到以太網(wǎng)控制器(U5)的(IOWB)、(IORB)端口；微處理器(U2)的輸入/輸出端口(RA4)連接到快速閃存(U3)的串行時鐘輸入端(SCL)；微處理器(U2)的輸入/輸出端口(RA5)連接到快速閃存(U3)的串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端(SDA)；以太網(wǎng)控制器(U4)的輸出端口(TPOUT+)、(TPOUT-)經(jīng)過變壓器(TRAN_F)耦合分別與接口(RJ45_2)的(TX+)、(TX-)端口連接，接口(RJ45_2)的(RX+)、(RX-)端口分別與接口(RJ45_1)的(TX+)、(TX-)端口連接，接口(RJ45_1)的(RX+)、(RX-)端口經(jīng)過變壓器(TRAN_R)耦合分別與以太網(wǎng)控制器(U5)的輸入端口(TPIN+)、(TPIN-)連接。
2.如權利要求1所述的服務器專用網(wǎng)絡安全保護器，其特征在于所述微處理器(U2)的型號是SX52。
3.如權利要求1所述的服務器專用網(wǎng)絡安全保護器，其特征在于所述以太網(wǎng)控制器(U4)的型號是8019AS。
4.如權利要求1所述的服務器專用網(wǎng)絡安全保護器，其特征在于所述以太網(wǎng)控制器(U5)的型號是8019AS。
5.如權利要求1所述的服務器專用網(wǎng)絡安全保護器，其特征在于所述快速閃存(U3)的型號是24LC256。
6.如權利要求1所述的服務器專用網(wǎng)絡安全保護器，其特征在于所述以太網(wǎng)控制器(U4)的(LED1)、(LED2)端口分別經(jīng)過指示燈(RXF)、(TXF)連接到電源。
7.如權利要求1所述的服務器專用網(wǎng)絡安全保護器，其特征在于所述以太網(wǎng)控制器(U5)的(LED1)、(LED2)端口分別經(jīng)過指示燈(RX)、(TX)連接到電源。
8.如權利要求1所述的服務器專用網(wǎng)絡安全保護器，其特征在于所述微處理器(U2)的輸入/輸出端口(RA6)經(jīng)過指示燈(POWER)連接到電源。
專利摘要一種服務器專用網(wǎng)絡安全保護器，它由微處理器SX52(U2)、快速閃存24LC256(U3)、兩個以太網(wǎng)控制器RTL8019 AS(U4)、(U5)及相關接口電路組成；微處理器(U2)的輸入/輸出端口分別通過數(shù)據(jù)線、地址線與連接到以太網(wǎng)控制器(U4)、(U5)；(U2)的輸入/輸出端口連接到(U4)、(U5)的讀、寫端口和控制端口，(U2)的輸入/輸出端口連接到(U3)的串行時鐘輸入端和串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端；(U4)的輸出端口經(jīng)過變壓器耦合與接口(RJ45-2)連接，接口(RJ45-2)與接口(RJ45-1)連接，接口(RJ45-1)經(jīng)過變壓器耦合與(U5)的輸入端口連接。本實用新型為基于網(wǎng)絡的計算機系統(tǒng)提供一把安全鎖，鑰匙由用戶掌握，帶鑰匙的信息可通過，防止病毒通過網(wǎng)絡感染計算機以及非法訪問和惡意攻擊，又能保證正常的信息交換。
文檔編號G06F1/00GK2677981SQ20042000046
公開日2005年2月9日 申請日期2004年1月12日 優(yōu)先權日2004年1月12日
發(fā)明者張寧, 劉峰, 宋曉虹, 張宏勛 申請人:北京交大網(wǎng)通信息技術有限公司