CN112865880A - 一种通过光口单向传输数据系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过光口单向传输数据系统,包括发送端电路模块、发送端光电模块、接收端光电模块和接收端电路模块。发送端电路模块通过光口向接收端电路模块发送link码流信号,实现了自身和接收端电路模块的网络链路处于link up状态,且在发送端电路模块、发送端光电模块、接收端光电模块和接收端电路模块中均切断接收端至发送端的电信号通路和光信号通路,从而确保完全物理隔离,发送端电路模块只能向接收端电路模块传输数据,安全性更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过光口单向传输数据系统及方法。
背景技术
在以太网网络光通信安全领域中,经常需要用到以下场景:发送端设备只发送以太网数据帧而不接受以太网数据帧,接收端设备只接受以太网数据帧而不发送以太网数据帧,即以太网光口的单向数据传输,以实现发送端设备和接收端设备两侧网络的物理安全隔离。
电力安防领域中将不同网络区域分为若干安全区,例如安全区I是实时控制区,是安全保护的重点与核心,安全区II是非控制生产区,安全区III是生产管理区。根据电力安防规范要求,安全区I/II和安全区III之间需要单向数据传输,以实现不同安全区的安全隔离。另外根据国家相关安全保密的管理原则要求,从互联网等非涉密外部网络向涉密内部网络传输文件数据时,即外网与内网之间必须物理隔离,物理隔离的技术实现就是切断接收端到发送端的物理反馈传输线,所以有很多场景会用到物理隔离的单向光口数据传输。
根据以太网协议规范规定,网络两端实现数据传输的前提是两侧网络首先网络链路要处于link up状态,而物理隔离的单向数据传输技术点就在于如何在单向通信的前提下实现两端网络链路处于link up状态。目前常规的物理隔离单向光口数据传输方法主要有以下几种:
方法1:模拟一个远端的以太网光口提供符合标准的光信号给发送端,从而保证发送端网络链路处于link up状态,实现物理隔离的单向光口数据传输。这种方法存在模拟光信号电路复杂且成本高的技术问题,而且引入模拟信号也存在不安全性。
方法2:利用光纤分光器将发送端发送给接收端的光信号同时回传一路给发送端,从而实现发送端网络链路处于link up状态,实现物理隔离的单向光口数据传输。但是光纤分光器一分二后光功率损耗较大,降低了数据传输的稳定性。
方法3:利用物理层PHY芯片的特定状态控制寄存器的修改,来强制实现发送端网络链路处于link up状态,实现物理隔离的单向光口数据传输。这方方法技术太过复杂,不同的物理层芯片链路连接状态控制器存在差异,通用性差,且很多物理层芯片不提供链路来连接状态控制器修改接口,导致无法实现。
发明内容
本发明提供一种通过光口单向传输数据系统及方法,能够巧妙地实现两端网络链路处于link up状态,技术方案如下:
一种通过光口单向传输数据系统,包括发送端电路模块、发送端光电模块、接收端光电模块和接收端电路模块。
所述发送端电路模块包括第一以太网物理层芯片、第一AC耦合电容组、高速差分信号扇出扩展模块、第二AC耦合电容组、第一标准光传输接口;所述接收端电路模块包括第二以太网物理层芯片、第三AC耦合电容组、第二标准光传输接口。
所述第一以太网物理层芯片用于发送link码流信号并经所述第一AC耦合电容组传输给所述高速差分信号扇出扩展模块;
所述高速差分信号扇出扩展模块接收到所述link码流信号后经过逻辑处理并中继分成两路link码流信号,一路link码流信号经过所述第二AC耦合电容组传输至第一以太网物理层芯片;另一路link码流信号传输给所述第一标准光传输接口;
所述第一标准光传输接口接收到所述link码流信号后传输给所述发送端光电模块;所述发送端光电模块接收到所述link码流信号经过光电转换成光信号并通过光介质传输给所述接收端光电模块;所述接收端光电模块接收到所述光信号后进行解析光电转换,将所述光信号转换成所述link码流信号传输给所述第二标准光传输接口,所述第二标准光传输接口将所述link码流信号经过第三AC耦合电容组传输给第二以太网物理层芯片。
本发明还提供了一种通过光口单向传输数据的方法,包括以下步骤:
步骤1:发送link码流信号,使发送端电路模块的网络链路处于link up状态
所述发送端电路模块的第一以太网物理层芯片发送link码流信号经过高速差分信号扇出扩展模块分成两路link码流信号,一路link码流信号回传给自身的接收口,从而实现所述第一以太网物理层芯片的网络链路处于link up状态,达到发送端电路模块可发送用户数据的目的;另一路link码流信号传输给第一标准光传输接口的发送管脚上,而第一标准光传输接口的接收管脚处于断开状态,从而实现发送端电路模块的单向传输,只能发送数据,不能接收数据;
步骤2:将link码流信号光电转换后发送给接收端光电模块
所述第一标准光传输接口接收到所述link码流信号后传输给发送端光电模块的发送口,所述发送端光电模块的接收口不连接介质;所述发送端光电模块接收到所述link码流信号经过光电转换成光信号并通过光介质传输给所述接收端光电模块的接收口,所述接收端光电模块的发送口不连接介质,从而实现了传输过程中的单向传输;
步骤3:使接收端电路模块的网络链路处于link up状态
所述接收端光电模块接收到所述光信号后进行解析光电转换,将所述光信号转换成所述link码流信号传输给所述第二标准光传输接口的接收管脚,所述第二标准光传输接口将所述link码流信号传输给第二以太网物理层芯片,从而实现所述第二以太网物理层芯片的网络链路处于link up状态,所述第二标准光传输接口的发送管脚端口断开,从而实现了接收端电路模块的物理隔离。
进一步地,所述高速差分信号扇出扩展模块采用SerDes Buffer芯片。
进一步地,所述光介质为光纤。
进一步地,所述第一标准光传输接口和第二标准光传输接口相同,均为SFP或SFP+接口。
进一步地,所述发送端光电模块和接收端光电模块相同,均为千兆SFP光电模块。
进一步地,所述link码流信号包括协商双工、速率、流控及附加域等数据
本发明巧妙地实现了将发送端电路模块和接收端电路模块的网络链路均处于link up状态,且在发送端电路模块、发送端光电模块、接收端光电模块和接收端电路模块中均切断接收端至发送端的电信号通路和光信号通路,从而确保完全物理隔离,安全性更高。
附图说明
图1:本发明一种通过光口单向传输数据系统的架构示意图。
图2:本发明发送端电路模块的原理图。
图3:本发明接收端电路模块的原理图。
图4:本发明一种通过光口单向传输数据方法的流程示意图
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
实施例一
如图1-3所示,一种通过光口单向传输数据系统,包括发送端电路模块、发送端光电模块、接收端光电模块和接收端电路模块。
所述发送端电路模块包括以太网物理层芯片U1及其附属电路、AC耦合电容C1、AC耦合电容C2、AC耦合电容C3、AC耦合电容C4、高速差分信号扇出扩展模块U2、SFP接口SFP1,所述高速差分信号扇出扩展模块U2采用SerDes Buffer芯片
所述接收端电路模块包括以太网物理层芯片U3及其附属电路、AC耦合电容C28、AC耦合电容C29、SFP接口SFP2。
所述以太网物理层芯片U1通过其管脚4和5按照以太网标准发送link码流信号(包含协商双工、速率、流控、附加域等数据)并经过AC耦合电容C1和AC耦合电容C2,将所述link码流信号传输至SerDes Buffer芯片U2的管脚1和4。SerDes Buffer芯片U2将接收到的link码流信号经过逻辑处理并中继所述link码流信号分成两路link码流信号,通过中继可以提高信号驱动能力。
其中一路link码流信号通过SerDes Buffer芯片U2的管脚11和12再经过AC耦合电容C3和C4回传至以太网物理层芯片U1的接收管脚1和2,以太网物理层芯片U1收到link码流信号后进行解析,由于接收的link码流信号是自身发出,所以肯定满足自身link up的要求,从而使以太网物理层芯片U1的网络链路处于link up状态,也就实现发送端电路模块可以具备发送业务数据的功能。另一路link码流信号通过SerDes Buffer芯片U2的管脚9和10传输给所述SFP接口SFP1的管脚18和19。
常见高速差分信号电平有CML,LVDS,PECL,LVPECL,本实施例采用的SerDesBuffer芯片U2是一种CML电平高速差分1port扇出2port芯片,简言之就是将1路信号扩展为2路信号。SerDes Buffer芯片U2与以太网物理层芯片U1电平相匹配,设计这样的技术方案好处在于不需要在外部放置电平转换阻容电路,从而确保传输更稳定可靠。
所述SFP接口SFP1接收所述link码流信号后再通过其管脚18和19传输给发送端光电模块的发送口,而发送端光电模块的接收口断开,即发送端光电模块只能通过其发送口接收SFP接口SFP1传输过来的数据,且只能通过其发送口单向的向接收端光电模块发送数据,其接收口无法工作。
发送端光电模块接收到所述link码流信号后经过光电转换处理将所述link码流信号转换成光信号并通过光纤传输至接收端光电模块的接收口,而接收端光电模块的发送口断开,即接收端光电模块只能通过其接收口接收发送端光电模块传输过来的数据,且只能通过其接收口单向的向SFP接口SFP2发送数据,其发送口无法工作。
接收端光电模块接收到光信号后进行解析、光电转换,将光信号转换复原成原link码流信号并传输给SFP接口SFP2的管脚12和13。
SFP接口SFP2将link码流信号经过AC耦合电容C28和C29传输给以太网物理层芯片U3的管脚1和2,以太网物理层芯片U3接收到link码流信号后进行解析,从而达到以太网物理层芯片U3的网络链路处于link up状态,即接收端电路模块的网络链路处于link up状态。
至此,发送端电路模块和接收端电路模块的网络链路均实现了处于link up状态,也就是两端网络链路均处于link up状态,符合以太网传输数据的前提条件。
且,SFP接口SFP1只连接发送口(即对应SFP接口SFP1的管脚18和19),其接收口断开(即对应SFP接口SFP1的管脚12和13),也就是发送端电路模块只能单向发送数据,而无法接收接收端电路模块的数据,本实施例发送端电路模块只能单向给发送端光电模块发送数据。
发送端光电模块只连接发送口,其接收口断开。发送端光电模块通过其发送口接收SFP接口SFP1发来的数据并传输给接收端光电模块,也就是发送端光电模块只有发送口工作,而其接收口无法工作。本实施例发送端光电模块只能通过其发送口接收SFP接口SFP1发来的数据,并再通过其发送口将数据传输给接收端光电模块,也就是发送端光电模块只能单向给接收端光电模块发送数据。
接收端光电模块只连接接收口,其发送口断开。接收端光电模块通过其接收口接收发送端光电模块发来的数据,并通过其接收口将数据发送给SFP接口SFP2。也就是接收端光电模块只有接收口工作,而其发送口无法工作。即本实施例接收端光电模块只能单向给SFP接口SFP2发送数据。
SFP接口SFP2只连接接收口,其发送口断开。SFP接口SFP2通过其接收口接收接收端光电模块发来的数据,并通过其接收口将数据发送给以太网物理层芯片U3。也就是SFP接口SFP2只有接收口工作,而其发送口无法工作。即本实施例SFP接口SFP2只能单向给以太网物理层芯片U3发送数据。
通过这样设计,实现了发送端电路模块与接收端电路模块的物理隔离,也就是实现了发送端电路模块通过光口将数据单向地传输给接收端电路模块,而接收端电路模块则不能向发送端电路模块传输数据。
因此本实施例巧妙地实现了将发送端电路模块和接收端电路模块的网络链路均处于link up状态,且在发送端电路模块、发送端光电模块、接收端光电模块和接收端电路模块中均切断接收端至发送端的电信号通路和光信号通路,从而确保完全物理隔离,安全性更高。
本实施例中,发送端光电模块和接收端光电模块相同,均采用千兆SFP光电模块,当然也可以采用其他类型的兼容性标准光电模块。发送端电路模块和接收端电路模块的SFP接口也可以采用SFP+接口。
实施例二
如图4所示,一种通过光口单向传输数据方法,包括以下步骤:
步骤1:发送link码流信号,使发送端电路模块的网络链路处于link up状态
所述以太网物理层芯片U1发送link码流信号经过SerDes Buffer芯片U2分成两路link码流信号,一路link码流信号回传给自身的接收口,从而实现所述以太网物理层芯片U1的网络链路处于link up状态,达到发送端电路模块可发送用户数据的目的;另一路link码流信号传输给SFP接口SFP1的发送管脚上,而SFP接口SFP1的接收管脚处于断开状态,从而实现发送端电路模块的单向传输,只能发送数据,不能接收数据;
步骤2:将link码流信号光电转换后发送给接收端光电模块
所述SFP接口SFP1接收到所述link码流信号后传输给发送端光电模块的发送口,所述发送端光电模块的接收口不连接光纤;所述发送端光电模块接收到所述link码流信号经过光电转换成光信号并通过光纤传输给所述接收端光电模块的接收口,所述接收端光电模块的发送口不连接光纤,从而实现了传输过程中的单向传输;
步骤3:使接收端电路模块的网络链路处于link up状态
所述接收端光电模块接收到所述光信号后进行解析光电转换,将所述光信号转换成所述link码流信号传输给所述SFP接口SFP2的接收管脚,所述SFP接口SFP2将所述link码流信号传输给以太网物理层芯片U3,从而实现所述以太网物理层芯片U3的网络链路处于link up状态,所述SFP接口SFP2的发送管脚端口断开,从而实现了接收端电路模块的物理隔离。
通过本实施例实现了发送端电路模块和接收端电路模块的网络链路处于link up状态,且发送端电路模块只能单向传输数据给接收端电路模块,实现了真正的物理隔离。
申请人补充说明下实现以太网物理层芯片U1和U3的网络链路处于link up的工作原理:
根据以太网IEEE802.3规范,以太网物理层芯片在上电初始化后会持续发送link码流信号,这些信号包括协商双工、速率、流控及附加域等数据,用于以太网两端网络的链路协商。本实施例中,当以太网物理层芯片U1或以太网物理层芯片U3接收到link码流信号后并经过对其解析获得对方链路带宽能力、双工等信息,从而择优匹配配置使自身网络链路处于link up状态,为进一步通信做准备。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案;因此,尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明,但是,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换;而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进,其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (10)
1.一种通过光口单向传输数据系统,其特征在于:包括发送端电路模块、发送端光电模块、接收端光电模块和接收端电路模块;
所述发送端电路模块包括第一以太网物理层芯片、第一AC耦合电容组、高速差分信号扇出扩展模块、第二AC耦合电容组、第一标准光传输接口;所述接收端电路模块包括第二以太网物理层芯片、第三AC耦合电容组、第二标准光传输接口;
所述第一以太网物理层芯片用于发送link码流信号并经所述第一AC耦合电容组传输给所述高速差分信号扇出扩展模块;
所述高速差分信号扇出扩展模块接收到所述link码流信号后经过逻辑处理并中继分成两路link码流信号,一路link码流信号经过所述第二AC耦合电容组传输至第一以太网物理层芯片,使得第一以太网物理层芯片的网络链路处于link up状态;另一路link码流信号传输给所述第一标准光传输接口;
所述第一标准光传输接口接收到所述link码流信号后传输给所述发送端光电模块;所述发送端光电模块接收到所述link码流信号经过光电转换成光信号并通过光介质传输给所述接收端光电模块;
所述接收端光电模块接收到所述光信号后进行解析光电转换,将所述光信号转换成所述link码流信号传输给所述第二标准光传输接口,所述第二标准光传输接口将所述link码流信号经过第三AC耦合电容组传输给第二以太网物理层芯片,从而使得第二以太网物理层芯片的网络链路处于link up状态。
2.根据权利要求1所述的通过光口单向传输数据系统,其特征在于:所述高速差分信号扇出扩展模块采用SerDes Buffer芯片。
3.根据权利要求1所述的通过光口单向传输数据系统,其特征在于:所述光介质为光纤。
4.根据权利要求1所述的通过光口单向传输数据系统,其特征在于:所述第一标准光传输接口和第二标准光传输接口相同,均为SFP接口或SFP+接口。
5.根据权利要求1所述的通过光口单向传输数据系统,其特征在于:所述发送端光电模块和接收端光电模块相同,均为千兆SFP光电模块。
6.根据权利要求1所述的通过光口单向传输数据系统,其特征在于:所述link码流信号包括协商双工、速率、流控及附加域数据。
7.一种通过光口单向传输数据方法,其特征在于,包括以下步骤;
步骤1:发送link码流信号,使发送端电路模块的网络链路处于link up状态
所述发送端电路模块的第一以太网物理层芯片发送link码流信号经过高速差分信号扇出扩展模块分成两路link码流信号,一路link码流信号回传给自身的接收口,从而实现所述第一以太网物理层芯片的网络链路处于link up状态,达到发送端电路模块可发送用户数据的目的;另一路link码流信号传输给第一标准光传输接口的发送管脚上,而第一标准光传输接口的接收管脚处于断开状态,从而实现发送端电路模块的单向传输,只能发送数据,不能接收数据;
步骤2:将link码流信号光电转换后发送给接收端光电模块
所述第一标准光传输接口接收到所述link码流信号后传输给发送端光电模块的发送口,所述发送端光电模块的接收口不连接介质;所述发送端光电模块接收到所述link码流信号经过光电转换成光信号并通过光介质传输给所述接收端光电模块的接收口,所述接收端光电模块的发送口不连接介质,从而实现了传输过程中的单向传输;
步骤3:使接收端电路模块的网络链路处于link up状态
所述接收端光电模块接收到所述光信号后进行解析光电转换,将所述光信号转换成所述link码流信号传输给所述第二标准光传输接口的接收管脚,所述第二标准光传输接口将所述link码流信号传输给第二以太网物理层芯片,从而实现所述第二以太网物理层芯片的网络链路处于link up状态,所述第二标准光传输接口的发送管脚端口断开,从而实现了接收端电路模块的物理隔离。
8.根据权利要求7所述的通过光口单向传输数据方法,其特征在于:所述高速差分信号扇出扩展模块采用SerDes Buffer芯片。
9.根据权利要求7所述的通过光口单向传输数据方法,其特征在于:所述光介质为光纤线。
10.根据权利要求7所述的通过光口单向传输数据方法,其特征在于:所述link码流信号包括协商双工、速率、流控及附加域数据。
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