Radius认证在局域网安全管理中的应用.doc

Radius认证在局域网安全管理中的应用唐镇 济宁市公安消防支队摘要 RADIUS协议是一个被广泛应用于网络认证、授权和计费的协议。该文在介绍RADIUS协议原理的基础上，对RADIUS协议的实现做了分析与设计，提出一个基于Radius认证交换机的网络安全认证管理模型，实现了内部网络与外部网络的安全认证管理，克服了传统计费系统对内部网络无法管理的缺点，在局域网运行中得到了良好的效果。关键词： 局域网 RADIUS 认证 1 引言远程认证拨号用户服务协议（Remote Authentication Dial In User Service, RADIUS）最初是由Livingston公司提出的一个为拨号用户提供认证和计费的协议。后经多次改进，逐渐成为一项通用的网络认证、计费协议，RADIUS协议以Client/Server方式工作，客户端为网络接入服务器（NAS），它向RADIUS服务器提交认证、计费等信息，RADIUS服务器处理信息并将结果返回给NAS。本文提出一种网络安全认证管理模型。利用Radius认证技术，在局域网内实现了内部与外部网络资源访问认证管理。2 RADIUS认证2.1RADIUS认证局域网模型实际常用的局域网，可以用局域网交换机来实现端口控制功能。为保证网络的安全性，在局域网的出口和认证端应加上防火墙。RADIUS服务器和数据库还可以采取主、备结构，以保证网络的健壮性。网络模型如下图所示：图1局域网网络模型局域网的认证端由RADIUS服务器、网络接入服务器（NAS）和数据库组成。其中：NAS：作为RADIUS服务器的客户端，向RADIUS服务器转交用户的认证信息。并在用户通过认证之后，向RADIUS服务器发送计费信息。RADIUS服务器：作为认证系统的中心服务器，它与NAS、数据库相连，它接受来自NAS提交的信息，对数据库进行相应的操作，并把处理结果返回给NAS。数据库：用于保存所有的用户信息、计费信息和其他信息。用户信息由网络管理员添加至数据库中；计费信息来自于RADIUS服务器；其他信息包括日志信息等。2.2 RADIUS的认证、计费过程如图1网络模型所示： （1）申请者登录网络时，NAS会有一个客户定义的Login提示符要求申请者输入用户信息（用户名和口令），申请者输入相关的认证信息后，等待认证结果。（2）NAS在得到用户信息后，将根据RADIUS的数据包格式，向RADIUS服务器发出“接入请求”（Access-Request）包。包中一般包括以下RADIUS属性值：用户名、用户口令、访问服务器的ID、访问端口的ID。（3）当RADIUS服务器收到“接入请求”包后，首先验证NAS的共享密码与RADIUS服务器中预先设定的是否一致，以确认是所属的RADIUS客户端。在查验了包的正确性之后，RADIUS服务器会依据包中的用户名在用户数据库中查询是否有此用户记录。如果用户信息不符合，就向NAS发出“接入拒绝”（Access-Reject）包。NAS在收到拒绝包后，会立即停止用户连接端口的服务要求，用户被强制退出。（4）如果用户信息全部符合，服务器向NAS发出“接入质询”包（Access-Challenge），对用户的登录请求作进一步的验证。其中包括：用户口令、用户登录访问服务器的IP、用户登录的物理端口号等。NAS收到“接入质询”包后，将消息显示给用户，要求用户进一步确认登录请求。用户再次确认后，RADIUS服务器将比较两次的请求信息，决定如何响应用户（发送Access-Accept、Access-Reject或再一次的Access-Challenge）。（5）当所有的验证条件和握手会话均通过后，RADIUS服务器会将数据库中的用户配置信息放在“接入接受”（Access-Accept）包中返回给NAS，后者会根据包中的配置信息限定用户的具体网络访问能力。包括服务类型：SLIP、PPP、Login User、Rlogin、Framed、Callback等等。还包括与服务类型相关的配置信息：IP地址、时间限制等等。（6）在所有的验证、授权完成后，局域网交换机的控制端口被打开。用户可以通过交换机进入网络。同时，NAS向RADIUS服务器发送 “计费请求开始”包（Accounting-Request Start），通知RADIUS服务器开始计费。当用户下网时，NAS向RADIUS服务器发送“计费请求结束”包（Accounting-Request Stop），RADIUS服务器根据计费包的信息计算用户使用网络的费用。3 局域网模型中RADIUS认证系统的设计与实现3.1 NAS设计（1）RADIUS客户端处理程序：负责接收申请者的信息；向RADIUS服务器提交认证、计费、管理等数据包；向申请者返回相应结果。（2）服务器管理程序：为了方便网络管理员对RADIUS服务器和数据库的管理，在NAS主机上，还可以运行服务器管理程序，管理程序的功能应该包括有：管理员模块（添加、删除网络管理员，设置管理员权限等）；用户信息模块（实现用户的查询、添加、删除等操作）；计费信息模块（查询用户的计费信息，创建、修改、删除各种不同的计费方式，）；日志信息模块等。（3）用户信息的提交：用户需要向NAS提交用户信息，有多种方法可以实现，最简单的方法是采用Web方式提交。在NAS上建立一个Web服务器，这样，用户可以直接使用浏览器来和NAS交互，Web服务器接受到用户提交的信息后，把这些信息传给RADIUS的客户端处理程序。后者把这些信息封装成RADIUS的接入请求（Access-Request）包格式，通过认证端口（1812）向RADIUS服务器提出认证请求。（4）计费信息的提交：认证通过之后，NAS客户端程序通过认证端口（1812）向RADIUS服务器发送包含有用户名、用户IP、上网起始时间等信息的“计费请求开始”包（Accounting-Request Start），通知RADIUS服务器开始计费。RADIUS服务器在数据库中纪录下相应项，并返回“计费响应”包（Accounting-Response）。当用户下网时，NAS向RADIUS服务器发送包含有结束时间、数据流量等信息的“计费请求结束”包（Accounting-Request Stop）。后者返回“计费响应”包（Accounting-Response）确认。（5）服务器管理程序的提交：也通过RADIUS客户端处理程序来向RADIUS服务器提交。客户端处理程序将管理程序的请求包装成标准的RADIUS包格式，并通过为服务器管理程序定义一个端口号提交给RADIUS服务器。3.2 RADIUS服务器设计RADIUS服务器处理来自NAS的各项数据和实现对数据库的操作，并返回相应的结果。RADIUS客户端和服务器端的协议通信采用Socket编程来实现。（1）对数据库的操作：RADIUS服务器通过数据库接口与数据库建立起连接。在RADIUS服务器中用SQL语句实现所需的数据库操作模块（如：用户、计费、管理员等信息的查询、添加、修改等操作），当RADIUS服务器需要对数据库操作时，就调用相应的模块。（2）认证包处理：通过监听认证端口（1812），来监测NAS提交的认证数据包，收到认证包后，查询数据库验证用户，并把结果以RADIUS数据包格式从1812端口返回。对于多个用户申请并发的情况，使用多线程方式处理。（3）计费包的处理：当用户的认证通过时，查询该用户计费信息。确定其计费类型、费率等。当监听到NAS在计费端口（1813）提交计费包后，就向数据库中添加“计费请求开始”包中所提交的计费信息（包括用户名、上网起始时间等）。在收到用户下网的“计费请求结束”后，根据包中提交的用户结束时间、数据流量等信息，计算用户的上网时长和数据流量，并根据用户计费类型来计算出用户本次上网费用，记录入数据库。（4）服务器管理程序请求的处理：监听管理程序请求的端口（自定义），收到后解包并执行相应的处理函数。3.3 数据库的设计用于保存所有的用户信息、计费信息等。数据库中包含的表项至少应包括以下几类：（1） 用户信息：包括用户名、口令、认证方式、访问权限、付费方式等。（2） 授权信息：服务器返回给用户的授权等配置信息，如服务类型，会话时间等。（3） 计费信息：存放与计费有关的各种统计信息。如：上网时间、计费费率、用户的历次上网的数据流量和费用、用户帐户余额等。（4） 管理员信息：网络管理员的ID号和口令、管理员的权限。（5） NAS信息：RADIUS服务器所属的各NAS纪录。包括各NAS的ID号、与RADIUS服务器的共享密码等。（6） 日志信息：保存用户上网的历史记录、网络管理员的登录及操作纪录。3.4认证端各部分的实现：操作系统：RADIUS服务器和NAS均采用Linux(Red Hat 9.0,内核Linux-2.4.20-8)作为操作系统。(1) NAS：用Apache和Tomcat构建一个支持JSP的Web服务器，这样申请者可以通过Web页面来提交登录信息。服务器管理程序主要是处理系统管理员的信息，用QT3.0完成用户界面。RADIUS客户端程序（C语言实现）将用户或系统管理员提交的消息封装成RADIUS包，并通过相应的端口转发给RADIUS服务器。(2) 数据库：采用MySQL数据库来实现，MySQL是一个多用户、多线程SQL数据库服务器。它由一个服务器守护程序mysqld和很多不同的客户程序和库组成。Red Hat 9.0中自带有MySQL服务，将服务启动即可。我们可以将RADIUS服务器与SQL数据库相连，建立用户数据库和计费数据库，对用户信息和计费信息进行有效的管理。(3) RADIUS服务器 ：采用freeradius-0.9.0来搭建RADIUS服务器，实现RADIUS协议，并使用RADIUS服务器的EAP-Identity认证方式（即：RADIUS服务器对申请者的用户名和口令进行认证）。freeradius支持访问SQL数据库，首先需要建立RADIUS数据库（以MySQL为例：mysql -uroot -prootpass radius db_mysql.sql），建立后的数据库会包含如下一些表项：radcheck：用于指明用户的认证方式；radgroupcheck：将用户分组进行管理，指明各组的属性，如限定有些用户组默认的认证结果就是Accept或Reject；radgroupreply：对各用户组设定回应的属性；usergroup：指明用户与组的关系；radacct：存放与计费有关的各种统计信息。我们还可以添加一些我们所需的其他表项。4 结束语RADIUS协议最初作为拨号网络中协议，由于它易于管理、可扩展性好等特点，而逐渐被广泛使用，成为多种网络的认证、授权和计费的协议。但RADIUS协议仍然存在诸如：基于Response Authenticatior对共享密钥的攻击、基于User-Password属性对用户密码的攻击等安全缺陷。这些都有待于进一步的研究和完善。参考文献1 易正强,王耀军. 基于Proxy的网络计费系统的设计与实现J. 计算机工程, 2001,27(2):166-168.2 张德庆. Intranet网络安全管理研究J. 计算机应用, 2001,21(8):43-45.3 Cisco Inc. CISCO IOS 网络安全M. 人民邮电出版社, 2001,1.Radius认证在局域网安全管理中的应用唐镇 济宁市公安消防支队摘要 RADIUS协议是一个被广泛应用于网络认证、授权和计费的协议。该文在介绍RADIUS协议原理的基础上，对RADIUS协议的实现做了分析与设计，提出一个基于Radius认证交换机的网络安全认证管理模型，实现了内部网络与外部网络的安全认证管理，克服了传统计费系统对内部网络无法管理的缺点，在局域网运行中得到了良好的效果。关键词： 局域网 RADIUS 认证 1 引言远程认证拨号用户服务协议（Remote Authentication Dial In User Service, RADIUS）最初是由Livingston公司提出的一个为拨号用户提供认证和计费的协议。后经多次改进，逐渐成为一项通用的网络认证、计费协议，RADIUS协议以Client/Server方式工作，客户端为网络接入服务器（NAS），它向RADIUS服务器提交认证、计费等信息，RADIUS服务器处理信息并将结果返回给NAS。本文提出一种网络安全认证管理模型。利用Radius认证技术，在局域网内实现了内部与外部网络资源访问认证管理。2 RADIUS认证2.1RADIUS认证局域网模型实际常用的局域网，可以用局域网交换机来实现端口控制功能。为保证网络的安全性，在局域网的出口和认证端应加上防火墙。RADIUS服务器和数据库还可以采取主、备结构，以保证网络的健壮性。网络模型如下图所示：图1局域网网络模型局域网的认证端由RADIUS服务器、网络接入服务器（NAS）和数据库组成。其中：NAS：作为RADIUS服务器的客户端，向RADIUS服务器转交用户的认证信息。并在用户通过认证之后，向RADIUS服务器发送计费信息。RADIUS服务器：作为认证系统的中心服务器，它与NAS、数据库相连，它接受来自NAS提交的信息，对数据库进行相应的操作，并把处理结果返回给NAS。数据库：用于保存所有的用户信息、计费信息和其他信息。用户信息由网络管理员添加至数据库中；计费信息来自于RADIUS服务器；其他信息包括日志信息等。2.2 RADIUS的认证、计费过程如图1网络模型所示： （1）申请者登录网络时，NAS会有一个客户定义的Login提示符要求申请者输入用户信息（用户名和口令），申请者输入相关的认证信息后，等待认证结果。（2）NAS在得到用户信息后，将根据RADIUS的数据包格式，向RADIUS服务器发出“接入请求”（Access-Request）包。包中一般包括以下RADIUS属性值：用户名、用户口令、访问服务器的ID、访问端口的ID。（3）当RADIUS服务器收到“接入请求”包后，首先验证NAS的共享密码与RADIUS服务器中预先设定的是否一致，以确认是所属的RADIUS客户端。在查验了包的正确性之后，RADIUS服务器会依据包中的用户名在用户数据库中查询是否有此用户记录。如果用户信息不符合，就向NAS发出“接入拒绝”（Access-Reject）包。NAS在收到拒绝包后，会立即停止用户连接端口的服务要求，用户被强制退出。（4）如果用户信息全部符合，服务器向NAS发出“接入质询”包（Access-Challenge），对用户的登录请求作进一步的验证。其中包括：用户口令、用户登录访问服务器的IP、用户登录的物理端口号等。NAS收到“接入质询”包后，将消息显示给用户，要求用户进一步确认登录请求。用户再次确认后，RADIUS服务器将比较两次的请求信息，决定如何响应用户（发送Access-Accept、Access-Reject或再一次的Access-Challenge）。（5）当所有的验证条件和握手会话均通过后，RADIUS服务器会将数据库中的用户配置信息放在“接入接受”（Access-Accept）包中返回给NAS，后者会根据包中的配置信息限定用户的具体网络访问能力。包括服务类型：SLIP、PPP、Login User、Rlogin、Framed、Callback等等。还包括与服务类型相关的配置信息：IP地址、时间限制等等。（6）在所有的验证、授权完成后，局域网交换机的控制端口被打开。用户可以通过交换机进入网络。同时，NAS向RADIUS服务器发送 “计费请求开始”包（Accounting-Request Start），通知RADIUS服务器开始计费。当用户下网时，NAS向RADIUS服务器发送“计费请求结束”包（Accounting-Request Stop），RADIUS服务器根据计费包的信息计算用户使用网络的费用。3 局域网模型中RADIUS认证系统的设计与实现3.1 NAS设计（1）RADIUS客户端处理程序：负责接收申请者的信息；向RADIUS服务器提交认证、计费、管理等数据包；向申请者返回相应结果。（2）服务器管理程序：为了方便网络管理员对RADIUS服务器和数据库的管理，在NAS主机上，还可以运行服务器管理程序，管理程序的功能应该包括有：管理员模块（添加、删除网络管理员，设置管理员权限等）；用户信息模块（实现用户的查询、添加、删除等操作）；计费信息模块（查询用户的计费信息，创建、修改、删除各种不同的计费方式，）；日志信息模块等。（3）用户信息的提交：用户需要向NAS提交用户信息，有多种方法可以实现，最简单的方法是采用Web方式提交。在NAS上建立一个Web服务器，这样，用户可以直接使用浏览器来和NAS交互，Web服务器接受到用户提交的信息后，把这些信息传给RADIUS的客户端处理程序。后者把这些信息封装成RADIUS的接入请求（Access-Request）包格式，通过认证端口（1812）向RADIUS服务器提出认证请求。（4）计费信息的提交：认证通过之后，NAS客户端程序通过认证端口（1812）向RADIUS服务器发送包含有用户名、用户IP、上网起始时间等信息的“计费请求开始”包（Accounting-Request Start），通知RADIUS服务器开始计费。RADIUS服务器在数据库中纪录下相应项，并返回“计费响应”包（Accounting-Response）。当用户下网时，NAS向RADIUS服务器发送包含有结束时间、数据流量等信息的“计费请求结束”包（Accounting-Request Stop）。后者返回“计费响应”包（Accounting-Response）确认。（5）服务器管理程序的提交：也通过RADIUS客户端处理程序来向RADIUS服务器提交。客户端处理程序将管理程序的请求包装成标准的RADIUS包格式，并通过为服务器管理程序定义一个端口号提交给RADIUS服务器。3.2 RADIUS服务器设计RADIUS服务器处理来自NAS的各项数据和实现对数据库的操作，并返回相应的结果。RADIUS客户端和服务器端的协议通信采用Socket编程来实现。（1）对数据库的操作：RADIUS服务器通过数据库接口与数据库建立起连接。在RADIUS服务器中用SQL语句实现所需的数据库操作模块（如：用户、计费、管理员等信息的查询、添加、修改等操作），当RADIUS服务器需要对数据库操作时，就调用相应的模块。（2）认证包处理：通过监听认证端口（1812），来监测NAS提交的认证数据包，收到认证包后，查询数据库验证用户，并把结果以RADIUS数据包格式从1812端口返回。对于多个用户申请并发的情况，使用多线程方式处理。（3）计费包的处理：当用户的认证通过时，查询该用户计费信息。确定其计费类型、费率等。当监听到NAS在计费端口（1813）提交计费包后，就向数据库中添加“计费请求开始”包中所提交的计费信息（包括用户名、上网起始时间等）。在收到用户下网的“计费请求结束”后，根据包中提交的用户结束时间、数据流量等信息，计算用户的上网时长和数据流量，并根据用户计费类型来计算出用户本次上网费用，记录入数据库。（4）服务器管理程序请求的处理：监听管理程序请求的端口（自定义），收到后解包并执行相应的处理函数。3.3 数据库的设计用于保存所有的用户信息、计费信息等。数据库中包含的表项至少应包括以下几类：（7） 用户信息：包括用户名、口令、认证方式、访问权限、付费方式等。（8） 授权信息：服务器返回给用户的授权等配置信息，如服务类型，会话时间等。（9） 计费信息：存放与计费有关的各种统计信息。如：上网时间、计费费率、用户的历次上网的数据流量和费用、用户帐户余额等。（10） 管理员信息：网络管理员的ID号和口令、管理员的权限。（11） NAS信息：RADIUS服务器所属的各NAS纪录。包括各NAS的ID号、与RADIUS服务器的共享密码等。（12） 日志信息：保存用户上网的历史记录、网络管理员的登录及操作纪录。3.4认证端各部分的实现：操作系统：RADIUS服务器和NAS均采用Linux(Red Hat 9.0,内核Linux-2.4.20-8)作为操作系统。(1) NAS：用Apache和Tomcat构建一个支持JSP的Web服务器，这样申请者可以通过Web页面来提交登录信息。服务器管理程序主要是处理系统管理员的信息，用QT3.0完成用户界面。RADIU