Details

Тема выпускной квалификационной работы: «Разработка программы для тестирования промышленных коммутаторов Ethernet в режиме зеркалирования портов». Данная работа посвящена исследованию характеристик трафика на зеркальном порту промышленных коммутаторов. Технология зеркалирования портов коммутаторов называется SPAN (Switched Port Analyzer – анализатор коммутируемых портов). Задачи, которые решались в ходе выполнения работы: 1) Изучить устройство промышленных сетей Ethernet и режимы зеркалирования портов в промышленных коммутаторах. 2) Определить требования к разрабатываемому программному обеспечению для мониторинга сетевого трафика. 3) Разработать архитектуру и реализовать программное средство для мониторинга зеркального Ethernet-трафика в режиме реального времени. 4) Протестировать работоспособность программы. 5) Определить границы возникновения потерь данных на основе результатов экспериментальных исследований с коммутаторами. 6) Определить границы возникновения потерь данных на основе результатов экспериментальных исследований с использованием диода однонаправленной передачи. Работа проведена на базе ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова», где был развёрнут лабораторный стенд в шести конфигурациях, включающий коммутаторы Moxa EDS G516E 4GSFP, Moxa EDS 518E 4GTXSFP, Eltex MES3710P и диод однонаправленной передачи «InfoDiode» (модель AMTID HW MINI). С использованием разработанной программы-сниффера udp_sniffer и штатного генератора трафика PACKOUT проведены активные нагрузочные тесты при варьировании временного интервала отправки пакетов в шести различных конфигурациях. В результате разработана программа udp_sniffer на языке C с использованием библиотеки libpcap для пассивного мониторинга зеркального UDP-трафика. Программа захватывает пакеты, извлекает последовательные номера, подсчитывает потери и сохраняет статистику в файлы формата CSV. Экспериментально определены предельные нагрузки для трёх моделей промышленных коммутаторов. Установлено, что производительность SPAN зависит не только от суммарной нагрузки, но и от числа активных источников. Выявлено низкое качество зеркалирования у модели Moxa EDS 518E 4GTXSFP из-за низкой пропускной способности. Показано, что диод однонаправленной передачи не вносит дополнительных потерь для Moxa EDS G516E 4GSFP и Moxa EDS 518E 4GTXSFP, но для Eltex MES3710P смещает границу безошибочной работы. Полученные результаты могут быть использованы при выборе оборудования и настройке систем мониторинга в промышленных сетях.

The subject of the graduate qualification work is “Development of a program for testing industrial Ethernet switches in port mirroring mode”. This work is devoted to the study of traffic characteristics on the mirrored port of industrial switches. The port mirroring technology of switches is called SPAN (Switched Port Analyzer). The tasks solved during the work: 1) To study the structure of industrial Ethernet networks and port mirroring modes in industrial switches. 2) To define requirements for the software under development for network traffic monitoring. 3) To design the architecture and implement a software tool for real-time monitoring of mirrored Ethernet traffic. 4) To test the operability of the program. 5) To determine the boundaries of data loss based on the results of experimental studies with switches. 6) To determine the boundaries of data loss based on the results of experimental studies using a unidirectional data diode. The work was carried out at the Federal State Unitary Enterprise “Alexandrov Research Institute of Technology”, where a laboratory testbed with six configurations was deployed, including Moxa EDS‑G516E‑4GSFP, Moxa EDS‑518E‑4GTXSFP, Eltex MES3710P switches and a unidirectional data diode “InfoDiode” (model AMTID‑HW‑MINI). Using the developed sniffer program udp_sniffer and the standard traffic generator PACKOUT, active load tests were performed while varying the packet transmission interval across six different configurations. As a result, the udp_sniffer program written in C with the libpcap library was developed for passive monitoring of mirrored UDP traffic. It captures packets, extracts sequence numbers, calculates losses, and saves statistics to CSV files. The limiting loads for three models of industrial switches were experimentally determined. It was found that SPAN performance depends not only on the total load but also on the number of active sources. An abnormally low mirroring quality was revealed for the Moxa EDS‑518E‑4GTXSFP model due to its small buffer and bursty transmission. It was shown that the unidirectional data diode introduces no additional losses for Moxa EDS‑G516E‑4GSFP and Moxa EDS‑518E‑4GTXSFP, but for Eltex MES3710P it shifts the error‑free operation boundary. The obtained results can be used for equipment selection and configuration of monitoring systems in industrial networks.