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摘要：对校园网中存在安全隐患的网络边界实施“端点准入”认证机制的方法进行了研究，详细分析了基于802.1x的认证机制的工作原理及其体系结构，提供了在linux上实现此种认证机制的方法。
关键词：802.1x；端点准入；Linux；RADIUS
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)03-10684-03
1 引言
“端点准入”是指对接入网络的用户按照“先认证，再接入”的原则进行认证和控制，通过认证，才能访问网络资源，不能通过认证，则无法访问网络资源——相当于连接被物理断开。
校园网中的公共多媒体教室，学生宿舍、招待所等具有移动办公需求以及人员流动频繁的场所，如果不能对用户身份进行有效认证，就算采取了VLAN、ACL等技术手段，也将面对如此安全隐患：只要用户终端最终能连接到交换机端口，它就具备了系统管理员赋予这个端口的权限，就能访问到相应的网络资源，而任何一台接进网络的终端的安全状态（主要是指终端的防病毒能力、补丁级别和系统安全设置），都将直接影响到整个网络的安全，在一个“接入失控”的网络中，最终的结果可能是重要数据泄密、丢失；蠕虫、ARP病毒等泛滥而导致全网瘫痪，因此，我们需要一种能部署在网络边界上，对接入用户进行认证和授权的方法，来提高网络的安全性与主动防御能力，而基于802.1x的“端点准入”机制能较好的解决这个问题。
2 802.1X简述
2.1 802.1X协议及其体系结构
802.1X协议起源于802.11协议，后者是标准的无线局域网协议，最初802.1X的主要目的是为了解决无线局域网用户的接入认证问题，现在已成规模应用在需要对端口加以管理，实现用户级接入控制的网络中，802.1X首先是一个认证协议，是一种对用户进行认证的方法和策略，是基于端口的认证策略，这里的端口可以是一个物理端口，也可以是一个逻辑端口，802.1X的认证的最终目的就是确定一个端口是否可用，对于一个端口如果认证成功那么就“打开”这个端口，允许所有的报文通过，如果认证不成功就使这个端口保持“关闭”，此时只允许802.1X的认证报文EAPOL（Extensible Authentication Protocol over LAN）通过，使用802.1x的系统为典型的C/S（Client/Server）体系结构，包括三个实体，如图1所示分别为：Supplicant System（接入系统）、Authenticator System（认证系统）以及Authentication Server System（认证服务器系统）。
(1)Supplicant System客户端（接入系统）：Client，指接入到校园网的设备（如用户PC），需要安装 802.1X的客户端（Supplicant）软件，如交换机厂家公司提供的802.1X 客户端或Windows XP 自带的 802.1X 客户端等。
图1
(2)Authenticator System（认证系统）：指switch（边缘交换机或无线接入设备），是根据客户的认证状态控制物理接入的设备，switch在客户端和认证服务器间充当代理角色，switch要求客户端提供认证信息，接收到后再发送到认证服务器，返回等同，switch根据认证结果控制端口是否可用。
(3)Authentication Server System（认证服务器系统）：对客户进行实际认证，通知switch是否允许客户端访问网络。
2.2 802.1X的认证过程
2.2.1 认证前后交换机端口的状态
802.1X的认证中，端口的状态决定了客户端是否能接入网络，在启用802.1X认证时端口初始状态一般为非授权（unauthorized），在该状态下除802.1X报文和广播报文外不允许任何业务输入输出通讯，当客户通过认证后，端口状态切换到授权状态（authorized），允许客户端通过端口进行正常通讯。
2.2.2 802.1X基本的认证过程
认证通过前通道的状态为unauthorized，此时只能通过802.1X认证报文，认证通过时通道的状态切换为authorized，此时从认证服务器可以传递来用户的信息，比如VLAN，QOS，用户的访问控制列表等等，认证通过后用户的流量就将接受上述参数的监管，此时该通道可以通过任何报文，注意只有认证通过后才有DHCP等過程。
3 构建基于802.1X的“端点准入”校园网
3.1 Authenticator System（认证系统）的部署：
认证系统可以部署在接入层和汇聚层，但从减少网络流量，降低配置复杂度的角度出发，最好能部署在接入层（如图2），这样能实现真正的点到点认证，目前CISCO、huawei-3com等主流厂家设备均支持802.1X，本文所涉及到的交换机设备以及相关配置命令将以huawei-3com设备为例（以下将简称交换机）。
图2
3.2 Authentication Server System（认证服务器系统）的搭建
802.1X提供了一个用户身份认证的实现方案，但仅依靠802.1X不足以实现该方案，还需要对AAA（Authentication，Authorization and Accounting（认证、授权和计费）方法进行配置，AAA是一种管理框架，它可以用多种协议来实现，最常用来实现AAA的是RADIUS协议。
RADIUS是Remote Authentication Dial-In User Service（远程认证拨号用户服务）的简称，它是一种分布式的、客户机/服务器结构的信息交互协议，能保护网络不受未授权访问的干扰，常被应用在既要求较高安全性、又要求维持远程用户访问的各种网络环境中，本文为方便说明问题，将认证服务器系统简单视为RADIUS服务器。
3.2.1 Authentication Server（RADIUS 服务器）平台的比较与选择
(1)用交换机做本地 RADIUS 服务器
huawei-3com的Quidway 系列交换机提供了本机的简单 RADIUS 服务器端功能（包括认证和授权），不需要额外添置设备，就能实现本地认证，但其缺点也显而易见：在交换机上要做本地用户（local-user）配置，不能实现用户的集中管理与备份，不利于大规模部署。
(2)采用商业软件搭建RADIUS服务器
CISCO的Cisco Secure ACS 3.3，huawei-3com的CAMS软件功能强大，使用、管理方便，预算充足的情况下应该是首选。
(3)用FreeRadius搭建RADIUS服务器
在Linux平台上用FreeRadius实现，若配合MYSQL，用PHP或ASP等做后续开发，更能扩展管理功能，本文将在此方案上展开讨论。
3.3 Supplicant System客户端（接入系统）软件
如果接入层设备是huawei-3com交换机，为达到最佳控制效果，建议安装厂家提供的H3C802.1X客户端软件（图3），该软件针对huawei-3com设备做了功能扩展，能有效防止用户通过代理方式绕过“端点准入”认证机制，否则用前述其它客户端亦可。
图3
3.4 “端点准入”认证机制各系统的主要配置
3.4.1 Authenticator System（认证系统）的配置
在接入层交换机上启用802.1X：
# 开启指定端口E0/1的802.1X特性。
[Quidway] dot1x interface E0/1
# 创建RADIUS组radius1并进入其视图。
[Quidway] radius scheme radius1
# 设置主认证RADIUS服务器的IP地址为；10.11.1.1
[Quidway-radius-radius1] primary authentication 10.11.1.1
# 设置交换机与认证 RADIUS 服务器交互报文时的密钥。
[Quidway-radius-radius1] key authentication 0731
# 指示系统从用户名中去除用户域名后再将之传给RADIUS服务器。
[Quidway-radius-radius1] user-name-format without-domain
[Quidway-radius-radius1] quit
# 根据实际情况创建用户域cseptc.com
[Quidway] domain cseptc.com
# 指定 radius1 为该域用户的RADIUS方案。
[Quidway-isp-cseptc.com] radius-scheme radius1
# 开启全局802.1X特性。
[Quidway] dot1x
3.4.2 Authentication Server System（认证服务器系统）的安装与配置
(1)安装linux服务器
版本：RedHat 9.0，其IP地址为在交换机上配置的主认证RADIUS服务器的IP地址：10.11.1.1。
(2)安装FreeRadius
版本：从www.freeradius.org下载的freeradius-1.1.3.tar.bz2。
# tar zxvf freeradius-1.1.3.tar.bz2
# cd freeradius-1.1.3
# ./configure --localstatedir=/var --sysconfdir=/etc
# make
# make install
freeradius 被安装在/usr/local/etc/raddb下，用radiusd-X启动到debug模式，当出现启动完成等待“request”的提示后，表示RADIUS服务已经被正确安装。
(3)配置clients.conf
# vi/usr/local/etc/raddb/clients.conf，打开 clients.conf 添加接入层交换机，比如添加一台型号为3026、IP地址是10.232.223.2的交换机：
client 10.232.223.2 {
secret = 0731；密钥，与交换机中的配置保持一致
shortname = 3026；给交换机一个名字，这里用型号命名
nastype=other}
如此配置后，RADIUS服务器才会对10.232.223.2这台交换机发出的认证报文做回应，否则会忽略它发出的认证报文。
(4)编辑users
# vi /usr/local/etc/raddb/users，加入要认证的用户账号test并设密码为“123456”：
test Auth-Type := chap, User-Password == "123456"
CHAP是一种加密的验证方式，能够避免建立连接时传送用户的真实密码。
注：在clients.conf，users里，系统对每项配置的意义做了详细说明，在编辑时可作为参考。
(5)刷新RADIUS服务
# ps –aux |grep radiusd；查询RADIUS进程号
# kill -9 xxxxx；根据进程号，杀掉RADIUS进程
# radiusd -X；重启
图4为“端点准入”认证系统各部分协同工作的示意图：
图4 “端点准入”认证系统各部分协同工作
3.4.3 系统调试时的几个关键点
(1)保证交换机与RADIUS 服务器之间线路（物理层/链路层）通畅。
(2)确保RADIUS 服务器和交换机的报文加密密钥相同。
(3)用命令“domain default enable cseptc.com”将交换机默认的认证域指到新建的cseptc.com域上。
(4)如果不需要对用户计费的话，用命令“accounting optional”打开计费可选开关，否则交换机只会发本地认证报文而不会往RADIUS服务器发认证报文，这个故障很隐蔽和困扰人，不进行抓包分析的话很难定位。
(5)clients.conf或users更改后，刷新RADIUS服务后更改内容才起作用。
(6)由于交换机支持一台主RADIUS服务器、一台备份RADIUS服务器协同工作的模式，故实际应用中，推荐部署两台服务器互为备份。
4 结束语
linux平台上基于802.1X的“端点准入”认证机制，能充分发挥设备能力，使校园网络边界“可控”和“在控”，在人们对网络安全日益关注的今天，此技术必将得到广泛的应用。
参考文献：
[1]Matthew S. Gast. 802.11无线网络权威指南（第二版，影印版）. 东南大学出版社，2006.
[2]www.freeradius.org. FAQ From FreeRADIUS Wiki.
[3]www.huawei-3com.com.cn. Quidway S8505路由交換机操作手册.
本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
关键词：802.1x；端点准入；Linux；RADIUS
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)03-10684-03
1 引言
“端点准入”是指对接入网络的用户按照“先认证，再接入”的原则进行认证和控制，通过认证，才能访问网络资源，不能通过认证，则无法访问网络资源——相当于连接被物理断开。
校园网中的公共多媒体教室，学生宿舍、招待所等具有移动办公需求以及人员流动频繁的场所，如果不能对用户身份进行有效认证，就算采取了VLAN、ACL等技术手段，也将面对如此安全隐患：只要用户终端最终能连接到交换机端口，它就具备了系统管理员赋予这个端口的权限，就能访问到相应的网络资源，而任何一台接进网络的终端的安全状态（主要是指终端的防病毒能力、补丁级别和系统安全设置），都将直接影响到整个网络的安全，在一个“接入失控”的网络中，最终的结果可能是重要数据泄密、丢失；蠕虫、ARP病毒等泛滥而导致全网瘫痪，因此，我们需要一种能部署在网络边界上，对接入用户进行认证和授权的方法，来提高网络的安全性与主动防御能力，而基于802.1x的“端点准入”机制能较好的解决这个问题。
2 802.1X简述
2.1 802.1X协议及其体系结构
802.1X协议起源于802.11协议，后者是标准的无线局域网协议，最初802.1X的主要目的是为了解决无线局域网用户的接入认证问题，现在已成规模应用在需要对端口加以管理，实现用户级接入控制的网络中，802.1X首先是一个认证协议，是一种对用户进行认证的方法和策略，是基于端口的认证策略，这里的端口可以是一个物理端口，也可以是一个逻辑端口，802.1X的认证的最终目的就是确定一个端口是否可用，对于一个端口如果认证成功那么就“打开”这个端口，允许所有的报文通过，如果认证不成功就使这个端口保持“关闭”，此时只允许802.1X的认证报文EAPOL（Extensible Authentication Protocol over LAN）通过，使用802.1x的系统为典型的C/S（Client/Server）体系结构，包括三个实体，如图1所示分别为：Supplicant System（接入系统）、Authenticator System（认证系统）以及Authentication Server System（认证服务器系统）。
(1)Supplicant System客户端（接入系统）：Client，指接入到校园网的设备（如用户PC），需要安装 802.1X的客户端（Supplicant）软件，如交换机厂家公司提供的802.1X 客户端或Windows XP 自带的 802.1X 客户端等。
图1
(2)Authenticator System（认证系统）：指switch（边缘交换机或无线接入设备），是根据客户的认证状态控制物理接入的设备，switch在客户端和认证服务器间充当代理角色，switch要求客户端提供认证信息，接收到后再发送到认证服务器，返回等同，switch根据认证结果控制端口是否可用。
(3)Authentication Server System（认证服务器系统）：对客户进行实际认证，通知switch是否允许客户端访问网络。
2.2 802.1X的认证过程
2.2.1 认证前后交换机端口的状态
802.1X的认证中，端口的状态决定了客户端是否能接入网络，在启用802.1X认证时端口初始状态一般为非授权（unauthorized），在该状态下除802.1X报文和广播报文外不允许任何业务输入输出通讯，当客户通过认证后，端口状态切换到授权状态（authorized），允许客户端通过端口进行正常通讯。
2.2.2 802.1X基本的认证过程
认证通过前通道的状态为unauthorized，此时只能通过802.1X认证报文，认证通过时通道的状态切换为authorized，此时从认证服务器可以传递来用户的信息，比如VLAN，QOS，用户的访问控制列表等等，认证通过后用户的流量就将接受上述参数的监管，此时该通道可以通过任何报文，注意只有认证通过后才有DHCP等過程。
3 构建基于802.1X的“端点准入”校园网
3.1 Authenticator System（认证系统）的部署：
认证系统可以部署在接入层和汇聚层，但从减少网络流量，降低配置复杂度的角度出发，最好能部署在接入层（如图2），这样能实现真正的点到点认证，目前CISCO、huawei-3com等主流厂家设备均支持802.1X，本文所涉及到的交换机设备以及相关配置命令将以huawei-3com设备为例（以下将简称交换机）。
图2
3.2 Authentication Server System（认证服务器系统）的搭建
802.1X提供了一个用户身份认证的实现方案，但仅依靠802.1X不足以实现该方案，还需要对AAA（Authentication，Authorization and Accounting（认证、授权和计费）方法进行配置，AAA是一种管理框架，它可以用多种协议来实现，最常用来实现AAA的是RADIUS协议。
RADIUS是Remote Authentication Dial-In User Service（远程认证拨号用户服务）的简称，它是一种分布式的、客户机/服务器结构的信息交互协议，能保护网络不受未授权访问的干扰，常被应用在既要求较高安全性、又要求维持远程用户访问的各种网络环境中，本文为方便说明问题，将认证服务器系统简单视为RADIUS服务器。
3.2.1 Authentication Server（RADIUS 服务器）平台的比较与选择
(1)用交换机做本地 RADIUS 服务器
huawei-3com的Quidway 系列交换机提供了本机的简单 RADIUS 服务器端功能（包括认证和授权），不需要额外添置设备，就能实现本地认证，但其缺点也显而易见：在交换机上要做本地用户（local-user）配置，不能实现用户的集中管理与备份，不利于大规模部署。
(2)采用商业软件搭建RADIUS服务器
CISCO的Cisco Secure ACS 3.3，huawei-3com的CAMS软件功能强大，使用、管理方便，预算充足的情况下应该是首选。
(3)用FreeRadius搭建RADIUS服务器
在Linux平台上用FreeRadius实现，若配合MYSQL，用PHP或ASP等做后续开发，更能扩展管理功能，本文将在此方案上展开讨论。
3.3 Supplicant System客户端（接入系统）软件
如果接入层设备是huawei-3com交换机，为达到最佳控制效果，建议安装厂家提供的H3C802.1X客户端软件（图3），该软件针对huawei-3com设备做了功能扩展，能有效防止用户通过代理方式绕过“端点准入”认证机制，否则用前述其它客户端亦可。
图3
3.4 “端点准入”认证机制各系统的主要配置
3.4.1 Authenticator System（认证系统）的配置
在接入层交换机上启用802.1X：
# 开启指定端口E0/1的802.1X特性。
[Quidway] dot1x interface E0/1
# 创建RADIUS组radius1并进入其视图。
[Quidway] radius scheme radius1
# 设置主认证RADIUS服务器的IP地址为；10.11.1.1
[Quidway-radius-radius1] primary authentication 10.11.1.1
# 设置交换机与认证 RADIUS 服务器交互报文时的密钥。
[Quidway-radius-radius1] key authentication 0731
# 指示系统从用户名中去除用户域名后再将之传给RADIUS服务器。
[Quidway-radius-radius1] user-name-format without-domain
[Quidway-radius-radius1] quit
# 根据实际情况创建用户域cseptc.com
[Quidway] domain cseptc.com
# 指定 radius1 为该域用户的RADIUS方案。
[Quidway-isp-cseptc.com] radius-scheme radius1
# 开启全局802.1X特性。
[Quidway] dot1x
3.4.2 Authentication Server System（认证服务器系统）的安装与配置
(1)安装linux服务器
版本：RedHat 9.0，其IP地址为在交换机上配置的主认证RADIUS服务器的IP地址：10.11.1.1。
(2)安装FreeRadius
版本：从www.freeradius.org下载的freeradius-1.1.3.tar.bz2。
# tar zxvf freeradius-1.1.3.tar.bz2
# cd freeradius-1.1.3
# ./configure --localstatedir=/var --sysconfdir=/etc
# make
# make install
freeradius 被安装在/usr/local/etc/raddb下，用radiusd-X启动到debug模式，当出现启动完成等待“request”的提示后，表示RADIUS服务已经被正确安装。
(3)配置clients.conf
# vi/usr/local/etc/raddb/clients.conf，打开 clients.conf 添加接入层交换机，比如添加一台型号为3026、IP地址是10.232.223.2的交换机：
client 10.232.223.2 {
secret = 0731；密钥，与交换机中的配置保持一致
shortname = 3026；给交换机一个名字，这里用型号命名
nastype=other}
如此配置后，RADIUS服务器才会对10.232.223.2这台交换机发出的认证报文做回应，否则会忽略它发出的认证报文。
(4)编辑users
# vi /usr/local/etc/raddb/users，加入要认证的用户账号test并设密码为“123456”：
test Auth-Type := chap, User-Password == "123456"
CHAP是一种加密的验证方式，能够避免建立连接时传送用户的真实密码。
注：在clients.conf，users里，系统对每项配置的意义做了详细说明，在编辑时可作为参考。
(5)刷新RADIUS服务
# ps –aux |grep radiusd；查询RADIUS进程号
# kill -9 xxxxx；根据进程号，杀掉RADIUS进程
# radiusd -X；重启
图4为“端点准入”认证系统各部分协同工作的示意图：
图4 “端点准入”认证系统各部分协同工作
3.4.3 系统调试时的几个关键点
(1)保证交换机与RADIUS 服务器之间线路（物理层/链路层）通畅。
(2)确保RADIUS 服务器和交换机的报文加密密钥相同。
(3)用命令“domain default enable cseptc.com”将交换机默认的认证域指到新建的cseptc.com域上。
(4)如果不需要对用户计费的话，用命令“accounting optional”打开计费可选开关，否则交换机只会发本地认证报文而不会往RADIUS服务器发认证报文，这个故障很隐蔽和困扰人，不进行抓包分析的话很难定位。
(5)clients.conf或users更改后，刷新RADIUS服务后更改内容才起作用。
(6)由于交换机支持一台主RADIUS服务器、一台备份RADIUS服务器协同工作的模式，故实际应用中，推荐部署两台服务器互为备份。
4 结束语
linux平台上基于802.1X的“端点准入”认证机制，能充分发挥设备能力，使校园网络边界“可控”和“在控”，在人们对网络安全日益关注的今天，此技术必将得到广泛的应用。
参考文献：
[1]Matthew S. Gast. 802.11无线网络权威指南（第二版，影印版）. 东南大学出版社，2006.
[2]www.freeradius.org. FAQ From FreeRADIUS Wiki.
[3]www.huawei-3com.com.cn. Quidway S8505路由交換机操作手册.
本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。