1 引言

　　遠程認證撥號用戶服務協議（Remote Authentication Dial In User Service, RADIUS）最初是由Livingston公司提出的一個為撥號用戶提供認證和計費的協議。后經多次改進，逐漸成為一項通用的網絡認證、計費協議，并定義于IETF提交的RFC2865和RFC2866文件中。RADIUS協議以Client/Server方式工作，客戶端為網絡接入服務器（NAS），它向RADIUS服務器提交認證、計費等信息，RADIUS服務器處理信息并將結果返回給NAS。

　　RADIUS協議的應用范圍很廣，在移動、數據、智能網等業務的認證、計費系統中都有所應用。無線局域網的802.1X認證框架中，在認證端也建議使用RADIUS協議。

　　本文將論述RADIUS協議的原理，并探討它在WLAN中的應用及實現方案。

　　2 RADIUS協議

　　2.1? WLAN網絡模型

　　實際商用的無線局域網，可以用局域網交換機來實現802.1X認證協議中的端口控制功能。為保證網絡的安全性，在無線局域網的出口和認證端應加上防火墻。RADIUS服務器和數據庫還可以采取主、備結構，以保證網絡的健壯性。

　　網絡模型如下圖所示：

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　　圖1? 無線局域網網絡模型

　　無線局域網的認證端由RADIUS服務器、網絡接入服務器（NAS）和數據庫組成。其中：

　　NAS：作為RADIUS服務器的客戶端，向RADIUS服務器轉交用戶的認證信息。并在用戶通過認證之后，向RADIUS服務器發送計費信息。

　　RADIUS服務器：作為認證系統的中心服務器，它與NAS、數據庫相連，它接受來自NAS提交的信息，對數據庫進行相應的操作，并把處理結果返回給NAS。

　　數據庫：用于保存所有的用戶信息、計費信息和其他信息。用戶信息由網絡管理員添加至數據庫中；計費信息來自于RADIUS服務器；其他信息包括日志信息等。

　　2.2? RADIUS的數據包結構

　　RADIUS是應用層的協議，在傳輸層它的報文被封裝在UDP的報文中，進而封裝進IP包。RADIUS認證使用1812端口，計費使用1813端口。

　　以太網上的RADIUS封裝后的包結構：

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　　RADIUS數據包分為5個部分：

　　（1） Code:1個字節，用于區分RADIUS包的類型：常用類型有：

　　接入請求（Access-Request），Code=1；接入應答（Access-Accept），Code=2；接入拒絕（Access-Reject），Code=3；計費請求（Accounting-Request），Code=4等。

　　（2）Identifier:一個字節，用于請求和應答包的匹配。

　　（3）Length:兩個字節，表示RADIUS數據區（包括Code, Identifier, Length, Authenticator, Attributes）的長度，單位是字節，最小為20，最大為4096。

　　（4）Authenticator:16個字節，用于驗證服務器端的應答，另外還用于用戶口令的加密。RADIUS服務器和NAS的共享密鑰(Shared Secret)與請求認證碼(Request Authenticator)和應答認證碼(Response Authenticator)，共同支持發、收報文的完整性和認證。另外，用戶密碼不能在NAS和RADIUS 服務器之間用明文傳輸，而一般使用共享密鑰(Shared Secret)和認證碼(Authenticator)通過MD5加密算法進行加密隱藏。

　　（5）Attributes:不定長度，最小可為0個字節，描述RADIUS協議的屬性，如用戶名、口令、IP地址等信息都是存放在本數據段。

　　2.3 RADIUS的認證、計費過程

　　如圖1網絡模型所示：

　　（1）申請者登錄網絡時，NAS會有一個客戶定義的Login提示符要求申請者輸入用戶信息（用戶名和口令），申請者輸入相關的認證信息后，等待認證結果。

　　（2）NAS在得到用戶信息后，將根據RADIUS的數據包格式，向RADIUS服務器發出“接入請求”（Access-Request）包。包中一般包括以下RADIUS屬性值：用戶名、用戶口令、訪問服務器的ID、訪問端口的ID。

　　（3）當RADIUS服務器收到“接入請求”包后，首先驗證NAS的共享密碼與RADIUS服務器中預先設定的是否一致，以確認是所屬的RADIUS客戶端。在查驗了包的正確性之后，RADIUS服務器會依據包中的用戶名在用戶數據庫中查詢是否有此用戶記錄。如果用戶信息不符合，就向NAS發出“接入拒絕”（Access-Reject）包。NAS在收到拒絕包后，會立即停止用戶連接端口的服務要求，用戶被強制退出。

　　（4）如果用戶信息全部符合，服務器向NAS發出“接入質詢”包（Access-Challenge），對用戶的登錄請求作進一步的驗證。其中包括：用戶口令、用戶登錄訪問服務器的IP、用戶登錄的物理端口號等。NAS收到“接入質詢”包后，將消息顯示給用戶，要求用戶進一步確認登錄請求。用戶再次確認后，RADIUS服務器將比較兩次的請求信息，決定如何響應用戶（發送Access-Accept、Access-Reject或再一次的Access-Challenge）。

　　（5）當所有的驗證條件和握手會話均通過后，RADIUS服務器會將數據庫中的用戶配置信息放在“接入接受”（Access-Accept）包中返回給NAS，后者會根據包中的配置信息限定用戶的具體網絡訪問能力。包括服務類型：SLIP、PPP、Login User、Rlogin、Framed、Callback等等。還包括與服務類型相關的配置信息：IP地址、時間限制等等。

　　（6）在所有的驗證、授權完成后，局域網交換機的控制端口被打開。用戶可以通過交換機進入網絡。同時，NAS向RADIUS服務器發送 “計費請求開始”包（Accounting-Request Start），通知RADIUS服務器開始計費。當用戶下網時，NAS向RADIUS服務器發送“計費請求結束”包（Accounting-Request Stop），RADIUS服務器根據計費包的信息計算用戶使用網絡的費用。

　　3? WLAN模型中RADIUS認證系統的設計與實現

　　3.1? WLAN網絡模型的簡化

　　在實驗室的模擬環境下，由于網絡用戶少，可以采用中、小型的數據庫來存放所需信息，并可以將RADIUS服務器與數據庫在同一主機上實現。局域網交換機可以實現端口控制功能。網絡結構可簡化如下：

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　　圖2? 實驗室環境下WLAN網絡模型

　　3.2? NAS設計

　　（1）RADIUS客戶端處理程序：負責接收申請者的信息；向RADIUS服務器提交認證、計費、管理等數據包；向申請者返回相應結果。

　　（2）服務器管理程序：為了方便網絡管理員對RADIUS服務器和數據庫的管理，在NAS主機上，還可以運行服務器管理程序，管理程序的功能應該包括有：管理員模塊（添加、刪除網絡管理員，設置管理員權限等）；用戶信息模塊（實現用戶的查詢、添加、刪除等操作）；計費信息模塊（查詢用戶的計費信息，創建、修改、刪除各種不同的計費方式，）；日志信息模塊等。

　　（3）用戶信息的提交：用戶需要向NAS提交用戶信息，有多種方法可以實現，最簡單的方法是采用Web方式提交。在NAS上建立一個Web服務器，這樣，用戶可以直接使用瀏覽器來和NAS交互，Web服務器接受到用戶提交的信息后，把這些信息傳給RADIUS的客戶端處理程序。后者把這些信息封裝成RADIUS的接入請求（Access-Request）包格式，通過認證端口（1812）向RADIUS服務器提出認證請求。

　　（4）計費信息的提交：認證通過之后，NAS客戶端程序通過認證端口（1812）向RADIUS服務器發送包含有用戶名、用戶IP、上網起始時間等信息的“計費請求開始”包（Accounting-Request Start），通知RADIUS服務器開始計費。RADIUS服務器在數據庫中紀錄下相應項，并返回“計費響應”包（Accounting-Response）。當用戶下網時，NAS向RADIUS服務器發送包含有結束時間、數據流量等信息的“計費請求結束”包（Accounting-Request Stop）。后者返回“計費響應”包（Accounting-Response）確認。

　　（5）服務器管理程序的提交：也通過RADIUS客戶端處理程序來向RADIUS服務器提交。客戶端處理程序將管理程序的請求包裝成標準的RADIUS包格式，并通過為服務器管理程序定義一個端口號提交給RADIUS服務器。

　　3.3? RADIUS服務器設計

　　RADIUS服務器處理來自NAS的各項數據和實現對數據庫的操作，并返回相應的結果。RADIUS客戶端和服務器端的協議通信采用Socket編程來實現。

　　（1）對數據庫的操作：RADIUS服務器通過數據庫接口與數據庫建立起連接。在RADIUS服務器中用SQL語句實現所需的數據庫操作模塊（如：用戶、計費、管理員等信息的查詢、添加、修改等操作），當RADIUS服務器需要對數據庫操作時，就調用相應的模塊。

　　（2）認證包處理：通過*認證端口（1812），來監測NAS提交的認證數據包，收到認證包后，查詢數據庫驗證用戶，并把結果以RADIUS數據包格式從1812端口返回。對于多個用戶申請并發的情況，使用多線程方式處理。

　　（3）計費包的處理：當用戶的認證通過時，查詢該用戶計費信息。確定其計費類型、費率等。當*到NAS在計費端口（1813）提交計費包后，就向數據庫中添加“計費請求開始”包中所提交的計費信息（包括用戶名、上網起始時間等）。在收到用戶下網的“計費請求結束”后，根據包中提交的用戶結束時間、數據流量等信息，計算用戶的上網時長和數據流量，并根據用戶計費類型來計算出用戶本次上網費用，記錄入數據庫。

　　（4）服務器管理程序請求的處理：*管理程序請求的端口（自定義），收到后解包并執行相應的處理函數。

　　3.4 數據庫的設計

　　用于保存所有的用戶信息、計費信息等。數據庫中包含的表項至少應包括以下幾類：

　　（1） 用戶信息：包括用戶名、口令、認證方式、訪問權限、付費方式等。

　　（2） 授權信息：服務器返回給用戶的授權等配置信息，如服務類型，會話時間等。

　　（3） 計費信息：存放與計費有關的各種統計信息。如：上網時間、計費費率、用戶

　　的歷次上網的數據流量和費用、用戶帳戶余額等。

　　（4） 管理員信息：網絡管理員的ID號和口令、管理員的權限。

　　（5） NAS信息：RADIUS服務器所屬的各NAS紀錄。包括各NAS的ID號、與

　　RADIUS服務器的共享密碼等。

　　（6） 日志信息：保存用戶上網的歷史記錄、網絡管理員的登錄及操作紀錄。

　　3.5認證端各部分的實現：

　　操作系統：RADIUS服務器和NAS均采用Linux(Red Hat 9.0,內核Linux-2.4.20-8)作為操作系統。

　　(1) NAS：

　　用Apache和Tomcat構建一個支持JSP的Web服務器，這樣申請者可以通過Web頁面來提交登錄信息。服務器管理程序主要是處理系統管理員的信息，用QT3.0完成用戶界面。RADIUS客戶端程序（C語言實現）將用戶或系統管理員提交的消息封裝成RADIUS包，并通過相應的端口轉發給RADIUS服務器。

　　(2) 數據庫：

　　采用MySQL數據庫來實現，MySQL是一個多用戶、多線程SQL數據庫服務器。它由一個服務器守護程序mysqld和很多不同的客戶程序和庫組成。Red Hat 9.0中自帶有MySQL服務，將服務啟動即可。我們可以將RADIUS服務器與SQL數據庫相連，建立用戶數據庫和計費數據庫，對用戶信息和計費信息進行有效的管理。

　　(3) RADIUS服務器 ：

　　采用freeradius-0.9.0來搭建RADIUS服務器，實現RADIUS協議，并使用RADIUS服務器的EAP-Identity認證方式（即：RADIUS服務器對申請者的用戶名和口令進行認證）。另外，實現時，在freeradius的源碼中添加了數據庫處理模塊以及服務器管理程序處理模塊。

　　freeradius支持訪問SQL數據庫，首先需要建立RADIUS數據庫（以MySQL為例：mysql -uroot -prootpass radius < db_mysql.sql），建立后的數據庫會包含如下一些表項：radcheck：用于指明用戶的認證方式；radgroupcheck：將用戶分組進行管理，指明各組的屬性，如限定有些用戶組默認的認證結果就是Accept或Reject；radgroupreply：對各用戶組設定回應的屬性；usergroup：指明用戶與組的關系；radacct：存放與計費有關的各種統計信息。我們還可以添加一些我們所需的其他表項。

　　4? 結束語

　　RADIUS協議最初作為撥號網絡中協議，由于它易于管理、可擴展性好等特點，而逐漸被廣泛使用，成為多種網絡的認證、授權和計費的協議。但RADIUS協議仍然存在諸如：基于Response Authenticatior對共享密鑰的攻擊、基于User-Password屬性對用戶密碼的攻擊等安全缺陷。這些都有待于作進一步的研究和完善。

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