RADIUS协议原理及应用

1 RADIUS协议原理及应用
1.1   RADIUS协议概述
1987年，Merit Network, Inc.公司从美国科学基金会获得了NSFnet（Internet前身）的运营权。Merit需要将原先运行在专有网络协议上的大量拨号业务移植到基于IP网络的NSFnet上。通过招标，一家名为Livingston的公司为Merit提供了一套方案，并将其命名为RADIUS（Remote Authentication Dial-In User Service，远程认证拨号用户服务）。RADIUS协议最初用于拨号用户的认证和计费，在经过多次修改之后，成为事实上的网络接入标准。
RADIUS协议是基于UDP的应用层协议，其符合AAA标准，同时具有方便部署、网络传输安全、协议易于扩展、支持多种认证机制等优点，在普通电话上网、ADSL上网、小区宽带上网、IP电话等业务得到了广泛应用。
1.2   RADIUS协议与AAA
1.2.1  AAA介绍
AAA（Authentication Authorization and Accounting，认证、授权和记账）是一种管理网络安全的机制，可以为接入网络的用户提供认证、授权和记账（计费）三种基本服务，具体内容如下：
●    认证服务：在用户访问网络前对其身份进行识别，用于验证用户是否具有访问权。
●    授权服务：对用户权限进行分类，为不同用户提供不同的访问权限。
●    记账服务：记录用户使用网络资源的情况，统计的数据可用于进行分析、计费等。
图1-1    AAA基本网络结构图

如上图所示：AAA基本网络结构由Host（用户）、NAS（Network Access Server，网络接入设备）和AAA server（远程服务器）组成。
(1)    用户向NAS发起AAA申请，NAS收到AAA申请后，将其发送给AAA server进行处理。
(2)    AAA server处理后将结果返回给NAS。NAS根据处理结果为Host提供相应的AAA服务。
1.2.2  RADIUS与AAA的关系
AAA作为一种安全机制，可以通过不同的协议来实现。
RADIUS是一种基于UDP的应用层协议，支持认证、授权和记账功能，协议简单、灵活、可拓展性强，是一种流行的AAA实现方案。
图1-2    RADIUS协议部署示意图

如上图所示，在NAS上部署RADIUS client协议，在AAA server上部署RADIUS server协议，即可用RADIUS协议实现AAA服务。
1.3   RADIUS协议特性
1.     C/S模型
RADIUS协议基于C/S（Client/Server）模式，分为RADIUS客户端和RADIUS服务端。
RADIUS客户端协议部署在接入设备上，将用户的请求传递给RADIUS服务端，并对服务器端的处理结果作出响应。
RADIUS服务端协议部署在服务器上，用于响应RADIUS客户端的请求。
2.     网络安全
RADIUS客户端和服务器之间传输的用户密码都经过加密，且用于加密的共享密钥不经过网络传输，避免用户密码在经过不安全的网络环境时被监听窃取。
3.     灵活的认证机制
RADIUS服务器支持多种用户认证方法。
用户提供用户名和用户密码后，RADIUS服务器支持使用PAP、CHAP、UNIX登录和其他认证机制。
4.     协议可扩展
RADIUS具有良好的扩展性。
RADIUS报文通过可变长度的Attributes字段来携带认证、授权和记账信息。Attributes字段中携带一连串的TLV（Type、Length、Value）三元组属性信息。
若要新增全新的属性，则直接在Attributes字段中增加TLV三元组即可，不会对原有的协议造成干扰。
1.4   RADIUS报文与协议交互过程
1.4.1  RADIUS协议报文
图1-3    RADIUS报文结构图

1.4.2  RADIUS协议交互过程
图1-4    RADIUS认证、授权和记账流程图

●    RADIUS的认证和授权流程
a     用户输入用户名、密码等身份信息，并将其发送给RADIUS客户端。
b     RADIUS客户端接收用户的用户名、密码信息，并向RADIUS服务器发送认证请求报文。认证请求报文中的密码为加密形式。
c     RADIUS服务器收到认证请求后，验证用户名、密码信息是否合法。若合法则接受认证请求，并同时下发该用户的授权信息；若不合法，则拒绝该认证请求。
●    RADIUS的记账流程
d     若用户发起认证流程中，RADIUS服务器返回认证成功，则RADIUS客户端继续发送记账开始请求报文。
e     RADIUS服务器回应记账开始响应报文，开始记账。
f     若用户需要结束访问网络资源，则向RADIUS客户端申请断开连接。
g     RADIUS客户端发送记账结束请求报文。
h     RADIUS服务器返回记账结束响应报文，并停止记账。
i     用户断开连接，无法再访问网络资源。
1.5   RADIUS协议典型应用场景
RADIUS协议常见的一个场景是在办公网场景中结合802.1X认证为用户提供认证服务。
假设某公司存在几个办公区，员工在办公区内访问网络时需要受到权限管控。公司领导希望能够对不同级别的员工配发不同的权限，且同一员工在不同办公区办公时，其权限等级是一致的。
图1-5    办公网802.1X认证场景

如图2-5所示，在各个办公区的接入设备上配置802.1X认证，认证方法指定为RADIUS服务器。同时在RADIUS服务器为不同员工配置相应的账号和权限，即可管理员工的网络权限。
员工在访问网络时，接入设备会要求员工提供账号进行认证。账号的网络访问权限由RADIUS服务器配置指定。
使用RADIUS服务器认证有如下优点：
●    方便部署，账号统一管理，不易混乱。所有办公区的接入设备都可以指定同一个RADIUS服务器，接入设备不需要重复配置员工的账号，只需要在服务器上配置好员工账号后，即可在所有办公区内生效。同时，若有新增办公区时，只需要在对应的接入设备上指定原有的RADIUS服务器进行认证即可。
●    安全性。RADIUS数据传输经过加密，防止账号信息在经过公用网络时被监听窃取。
●    支持备用RADIUS服务器。支持使用多组RADIUS服务器来提供认证服务器，在某台服务器宕机时，可以自动切换为备用服务器，避免影响正常办公。