软件架构设计
网闸连接器 (Data Diode Connector) 是一款专为高安全单向网络环境设计的软件套件。它采用模块化架构，基于 Rust 语言构建，旨在解决物理隔离 (Air Gap) 环境下的高性能、高可靠数据传输难题。本文档概述了驱动该系统的软件架构、组件交互和数据流原则。
架构概览
逻辑架构拓扑
下图展示了网闸连接器的核心逻辑拓扑：数据从高安全区 (High Side) 的入口代理流出，经过物理单向网闸，单向流入低安全区 (Low Side) 的出口代理。
入口代理
高安全区
协议适配
深度过滤
极速编码
单向传输
物理隔离 (Air Gap)
出口代理
低安全区
极速解码
协议重组
目标系统
网闸连接器软件分为两个独立的应用进程，它们之间从不进行双向通信：
- 入口代理 (Ingress Proxy / 发送端)：部署在高安全网络（源端）。它从源系统（Kafka, UDP 等）消费数据，可选择性地进行安全过滤，并将数据推送到单向网闸。
- 出口代理 (Egress Proxy / 接收端)：部署在低安全网络（目的端）。它监听来自网闸的数据，将其重新组装，并投递到目标系统。
这两个应用都共享一个用 Rust 编写的核心框架，优先考虑内存安全、零拷贝数据处理和高并发性。
流水线模型 (Pipeline Model)
在内部，入口和出口代理都基于 流水线 (Pipeline/Chain) 模型运行。"链 (Chain)" 定义了单个数据流在软件中的路径。你可以在单个进程中并行运行多条链（例如，同时传输多个 Kafka 主题）。
一条链由三个不同的阶段组成，通过高性能的环形缓冲区 (BipBuffer) 连接：
1. 协议处理器 (Protocol Handler)
协议处理器是与外部世界交互的接口。
- 入口端 (Ingress)：它作为一个消费者 (Consumer)。它连接到源系统（例如，连接到 Kafka Broker，绑定 UDP 端口）并读取数据。它将这些数据标准化为标准的内部二进制格式。
- 出口端 (Egress)：它作为一个生产者 (Producer)。它从网闸连接器获取标准化数据，并将其格式化为目标系统所需的格式（例如，向 Kafka Broker 生产消息，发送 UDP 数据包）。
2. 过滤处理器 (Filter Handler) - 可选
过滤处理器位于中间，负责执行安全策略。在数据载荷传递到传输层之前，对其进行检查。
- 功能：内容检查、验证、清洗或阻断。
- 行为：如果数据包违反安全过滤规则（例如包含 "SECRET" 关键字），它将立即被丢弃并记录日志。
- 链式调用：多个过滤器可以串联在一起，形成一个过滤链。
3. 传输处理器 (Transport Handler)
传输处理器管理跨越物理隔离/网闸的实际传输。
- 入口端 (
transport-udp-send)：从缓冲区获取数据，将其分片为 UDP 数据包，添加序列号头，并将其发送到网闸接口。它实现了流量控制机制 (send_delay_ms) 以防止淹没硬件设备。 - 出口端 (
transport-udp-receive)：在网闸接口上监听，重新排序数据包，检查缺漏（序列号），重组分片，并将完整的载荷写入下一个缓冲区。有关协议细节，请参阅 UDP 传输协议规范。
数据流与内存管理
在网闸环境中，性能至关重要，因为链路通常是瓶颈，且跨越隔离间隙没有可用的“背压 (Back-pressure)”机制（如 TCP 流控）。
无锁缓冲 (BipBuffer)
网闸连接器使用单生产者单消费者 (SPSC) 的两段式缓冲区 (BipBuffer) 在线程间传递数据。
- 零分配 (Zero-Allocation)：缓冲区在启动时预分配。
- 无锁 (Lock-Free)：在热路径中不使用互斥锁 (Mutex) 或信号量 (Semaphore)，确保证可预测的延迟。
- 阻塞/覆盖 (Block/Overwrite)：如果缓冲区已满（例如，网闸速度慢于 Kafka 源），协议处理器可以配置为阻塞或覆盖，有效地充当软件缓冲区以吸收突发流量。
线程模型
链的每个阶段都在其专用的操作系统线程中运行。
- 协议线程：处理与外部系统的 I/O。
- 过滤/逻辑线程：处理 CPU 密集型的验证。
- 传输线程：专用于饱和网络链路。
这种分离确保了缓慢的过滤逻辑不会立即阻塞网络套接字，允许缓冲区吸收抖动。
关键设计决策
- 无状态核心 (Stateless Core)：核心逻辑保持最小状态。与数据包重组相关的状态是暂时的，一旦发生错误即被丢弃，以防止内存泄漏。
- 防崩溃 (Panic-Proofing)：架构设计具有弹性。通过提供错误包装（使用
error_chain），确保可恢复的错误（如临时网络故障）不会导致整个服务崩溃。 - 可配置的延迟 vs 吞吐量：通过
bip_buffer_element_count和send_delay_ms，系统管理人员可以针对低延迟（小缓冲区，低延迟）或高吞吐量（大缓冲区，批量发送）对系统进行调优。