【协议】AAA Radius协议的常用报文分析

写在前面的话

RADIUS：Remote Authentication Dial In User Service，远程用户拨号认证系统由RFC2865，RFC2866定义，是应用最广泛的AAA协议。

如下简单的分析一下 RADIUS 协议是怎么工作的。

名词解释

BRAS：宽带接入服务器，Broadband Remote Access Server,简称 BRAS

NAS: 网络接入服务器，Network Access Server，简称 NAS

AAA: 认证 Authentication，授权 Authorization，计费 Accounting

RADIUS: 远程认证拨号用户服务，remote authentication dial-in user service，简称RADIUS。

DM: Radius主动发起断开链接请求 Disconnect-Request，简称DM

COA: Radius主动发起修改授权属性，Change of Authorization，简称 COA

报文说明

 Radius协议的报文协议

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |     Code      |  Identifier   |            Length             |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                                                               |
   |                         Authenticator                         |
   |                                                               |
   |                                                               |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |  Attributes ...
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-

在报文中的表示如下所示：

Radius 报文可以分为 Header 和 Attribute 两部分

Radius 的头部代码定义

// radius header
typedef struct RadHeader {i
    unsigned char  code;
    unsigned char  identifier;
    unsigned short length;
    unsigned char  authcator[16];
} RadHeader;

Code 占一个字节

常用的取值如下：

1 Access-Request
2 Access-Accept
3 Access-Reject
4 Accounting-Request
5 Accounting-Response

6 Accounting Status (now Interim Accounting [5])
7 Password Request
8 Password Ack
9 Password Reject
10 Accounting Message
11 Access-Challenge
12 Status-Server (experimental)
13 Status-Client (experimental)

21 Resource Free Request
22 Resource Free Response
23 Resource Query Request
24 Resource Query Response
25 Alternate Resource Reclaim Request
26 NAS Reboot Request
27 NAS Reboot Response

29 Next Passcode
30 New Pin
31 Terminate Session
32 Password Expired
33 Event Request
34 Event Response
40 Disconnect Request
41 Disconnect Ack
42 Disconnect Nak
43 Change Filters Request
44 Change Filters Ack
45 Change Filters Nak
50 IP Address Allocate
51 IP Address Release

255 Reserved

Identifier是报文的流水号

NAS 和 AAA 服务器通过这个流水号来标识认证请求和认证响应，计费请求和计费响应的配对关系。

如下所示：

认证请求和认证响应的配对关系。

计费请求和计费响应的配对关系。

Length 字段是整个报文的长度

长度包括 Code, Identifier, Length, Authenticator 和 Attribute fields.

Authenticator认证

这个字段主要是为了验证报文的合法性。

计算方式如下 MD5(Code+ID+Length+RequestAuth+Attributes+Secret)

Attribute属性

这个字段是 Radius 协议的重点，包括标准属性和厂家的26号私有属性两类。

Attribute 通过 T-L-V 编码格式进行编码，Type-Length-Value

Radius 的 Attribute 代码定义

// radius int attribute.
typedef struct RadInt {
    unsigned char type;
    unsigned char length;
    char          value[4];
} RadInt;

#define RAD_ATTRSTR_LEN     253     /* Attribute (string) */
// radius string attribute.
typedef struct RadStr {
    unsigned char type;
    unsigned char length;
    char          value[RAD_ATTRSTR_LEN];
} RadStr; 

// radius structure attribute.
typedef struct AttrStru {
    unsigned char type;
    unsigned char length;
    char          iValue[1];
} AttrStru;

Radius 的 Attribute 的 Type 有如下几种，不同的类型使用不同的编解码器进行编解码处理。

// Define Attribute and Value Type.
#define RAD_ATTR_TYPE_STRING     (0x01)
#define RAD_ATTR_TYPE_ADDRESS    (0x02)
#define RAD_ATTR_TYPE_INTEGER    (0x03)
#define RAD_ATTR_TYPE_TIME       (0x04)
#define RAD_ATTR_TYPE_ADDRESS6   (0x05)
#define RAD_ATTR_TYPE_FIX8       (0x06)
#define RAD_ATTR_TYPE_BINARY     (0x07)
#define RAD_ATTR_TYPE_IPV6PREFIX (0x08)
#define RAD_ATTR_TYPE_SECRET     (0x09)
#define RAD_ATTR_TYPE_UNKNOWNTP  (0x00)

认证计费的完整流程

认证失败流程

AAA 返回给 NAS认证拒绝时，流程结束 。

认证成功+计费流程

AAA 返回给 NAS 认证成功时，NAS 会继续发起计费开始报文，用户下线时 NAS 发起计费结束报文，AAA 回复计费相应报文。

认证请求报文(Authentication Request)

报文数据方向，NAS发起到AAA Radius Server

   +----------+      Auth-Request        +----------+
   |          |   -------------------->  |          |
   |   NAS    |                          |  RADIUS  |
   |          |     Auth-Response        |  Server  |
   |          |   <--------------------- |          |
   +----------+                          +----------+

Code取值：1

如下以华为的设备为例说明认证请求报文：

认证通过响应报文(Authentication Accept)

报文数据方向，AAA Radius Server发送认证通过给 NAS

   +----------+      Auth-Request        +----------+
   |          |   -------------------->  |          |
   |   NAS    |                          |  RADIUS  |
   |          |     Auth-Response        |  Server  |
   |          |   <--------------------- |          |
   +----------+                          +----------+

Code取值：2

如下是一个认证成功的响应报文例子：

通过验证用户的账号和密码，验证方式优 PAP 和 CHAP， 对通过验证的用户，下发授权峰值带宽，控制用户的上网带宽。

以华为设备为例，AAA 会通过上网策略下发如下几个属性控制上网带宽。

如下举例说明，将上行带宽设置为1M，下行带宽设置为2M。

HW-Input-Peak-Rate 1048576
HW-Input-Average-Rate 1048576
HW-Input-Basic-Rate 1048576
HW-Output-Peak-Rate 2097152
HW-Output-Average-Rate 2097152
HW-Output-Basic-Rate 2097152

认证拒绝响应报文(Authentication Reject)

报文数据方向，AAA Radius Server发送认证拒绝给 NAS

   +----------+      Auth-Request        +----------+
   |          |   -------------------->  |          |
   |   NAS    |                          |  RADIUS  |
   |          |     Auth-Response        |  Server  |
   |          |   <--------------------- |          |
   +----------+                          +----------+

Code取值：3

通过PAP 和 CHAP方式验证用户的用户名和加密密码失败时，AAA会返给NAS 一个认证拒绝报文。

如下是一个认证拒绝的响应报文例子：

计费请求报文(Accounting Request)

报文数据方向，NAS 发送计费报文给AAA Radius Server

   +----------+      Acct-Request        +----------+
   |          |   -------------------->  |          |
   |   NAS    |                          |  RADIUS  |
   |          |     Acct-Response        |  Server  |
   |          |   <--------------------- |          |
   +----------+                          +----------+

Code取值：4

通过第一步中，NAS 发起认证请求到 AAA，AAA 认证通过给 NAS 后。

NAS 进行第二步的报文交互，NAS 发起计费开始报文请求到 AAA，AAA 计费响应报文给 NAS 。

注：计费报文的 Acct-Session-Id必须和第一步认证通过的 Acct-Session-Id 一致，说明本次计费是以认证成功的 Acct-Session-Id为计费对象。

用户某一时间段的总流量是通过这个时间段内一个一个的 Acct-Session-Id上流量合并得到。

计费报文分三类：

• 计费开始报文 Start
• 计费保活报文 Keepalive
• 计费结束报文 Stop

计费的开始报文Start：

计费请求参数 Acct-Status-Type = 1

如下是一个计费开始报文的报文例子：

计费的结束报文Stop

计费报文的Acct-Status-Type = 2

问题：运营商是如何统计一个宽带账号使用了多少流量呢？

运营商通过计费结束报文的Acct-Input-Octets统计上行流量，Acct-Output-Octets 统计下线流量，将这两个流量相加得到用户实际上网使用的流量是多少。

注：若用户流量超过一定的额度，可以通过下次账号登录后，下发授权峰值带宽，控制用户的上网带宽。见认证响应通过报文。

如下是一个计费结束报文的报文例子：

计费响应报文(Accounting Response)

报文数据方向，AAA Radius Server发送计费相应给 NAS

   +----------+      Acct-Request        +----------+
   |          |   -------------------->  |          |
   |   NAS    |                          |  RADIUS  |
   |          |     Acct-Response        |  Server  |
   |          |   <--------------------- |          |
   +----------+                          +----------+

Code取值：5

如下是一个计费响应报文的报文例子：

DM踢用户下线报文

   +----------+   Disconnect-Request     +----------+
   |          |   <--------------------  |          |
   |    NAS   |                          |  RADIUS  |
   |          |   Disconnect-Response    |  Server  |
   |          |   ---------------------> |          |
   +----------+                          +----------+

Code取值：请求40，响应成功41，响应失败42

  40 - Disconnect-Request [RFC2882]
  41 - Disconnect-ACK [RFC2882]
  42 - Disconnect-NAK [RFC2882]
 
如下是一个 DM 的报文例子：

注：在 DM 报文中比较重要的属性是 Acct-Session-Id，即：要将用户的哪个会话踢下线。

如下是一个 DM 的组包代码例子：

int DisconnectHuaWei(int argc, char **argv) {
    char radiusPacketBuffer[0xffff+1] = {0};
    memset(radiusPacketBuffer, 0, sizeof(radiusPacketBuffer));
    radiusPacketBuffer[0] = 40;
    gID = ++gID % 0xff;
    radiusPacketBuffer[1] = gID;
    int len = 20;
    // User-Name 1
    int tmpLen = strlen(argv[1]);
    sprintf(radiusPacketBuffer+len, "%c%c%s", 1, tmpLen+2, argv[1]);
    len += tmpLen+2;

    // Framed-Ip-Address 8
    unsigned int sin_addr;
    if(inet_pton(AF_INET, argv[2], &sin_addr) <= 0)
    {
        return TCL_ERROR;
    }
    // 转换成网络套接字
    //sin_addr = htonl(sin_addr);
    radiusPacketBuffer[len++] = 8;
    radiusPacketBuffer[len++] = 6;
    memcpy(radiusPacketBuffer+len, &sin_addr, 4);
    len += 4;

    // NAS-IP-Address 4
    if(inet_pton(AF_INET, argv[4], &sin_addr) <= 0)
    {
        return ERROR;
    }
    // 转换成网络套接字
    //sin_addr = htonl(sin_addr);
    radiusPacketBuffer[len++] = 4;
    radiusPacketBuffer[len++] = 6;
    memcpy(radiusPacketBuffer+len, &sin_addr, 4);
    len += 4;

    // Acct-Session-Id 44
    tmpLen = strlen(argv[3]);
    sprintf(radiusPacketBuffer+len, "%c%c%s", 44, tmpLen+2, argv[3]);
    len += tmpLen+2;

    radiusPacketBuffer[2] = len / 0xff;
    radiusPacketBuffer[3] = len % 0xff;

    unsigned char authen[17] = {0};
    int keyLen = strlen(brasSecureKey);
    memcpy(radiusPacketBuffer+len, brasSecureKey, keyLen);
    MD5Calc((unsigned char*)radiusPacketBuffer, len+keyLen, authen);
    memcpy(radiusPacketBuffer+4, authen, 16);
    return OK;
}

COA下发策略报文（修改上下行带宽，即：网络提速）

   +----------+      CoA-Request         +----------+
   |          |  <--------------------   |          |
   |   NAS    |                          |  RADIUS  |
   |          |     CoA-Response         |  Server  |
   |          |   ---------------------> |          |
   +----------+                          +----------+

Code取值：请求43，响应成功44，响应失败45

43 - CoA-Request [RFC2882]
44 - CoA-ACK [RFC2882]
45 - CoA-NAK [RFC2882]

COA 的请求包43

如下是一个 COA 报文例子：

注：在 COA 报文中比较重要的属性是 Acct-Session-Id，即：要改变用户的哪个会话上的属性。

COA 可以做 Portal 登录重定向，修改上网带宽等功能。

COA的回包44

如下是一个 COA 的组包代码例子

int OpenHUAWEI(int argc, char **argv) {
    char radiusPacketBuffer[0xffff+1] = {0};
    memset(radiusPacketBuffer, 0, sizeof(radiusPacketBuffer));
    radiusPacketBuffer[0] = 43;
    gID = ++gID % 0xff;
    radiusPacketBuffer[1] = gID;
    int len = 20;
    // User-Name 1
    int tmpLen = strlen(argv[1]);
    sprintf(radiusPacketBuffer+len, "%c%c%s", 1, tmpLen+2, argv[1]);
    len += tmpLen+2;

    // Framed-Ip-Address 8
    unsigned int sin_addr;
    if(inet_pton(AF_INET, argv[2], &sin_addr) <= 0)
    {
        return ERROR;
    }
    // 转换成网络套接字
    //sin_addr = htonl(sin_addr);
    radiusPacketBuffer[len++] = 8;
    radiusPacketBuffer[len++] = 6;
    memcpy(radiusPacketBuffer+len, &sin_addr, 4);
    len += 4;

    // Acct-Session-Id 44
    tmpLen = strlen(argv[3]);
    sprintf(radiusPacketBuffer+len, "%c%c%s", 44, tmpLen+2, argv[3]);
    len += tmpLen+2;

    // Huawei-HW-Portal-Mode 85
    radiusPacketBuffer[len++] = 0x1a;
    radiusPacketBuffer[len++] = 6+4+2;
    radiusPacketBuffer[len++] = HUAWEIVendor[0];
    radiusPacketBuffer[len++] = HUAWEIVendor[1];
    radiusPacketBuffer[len++] = HUAWEIVendor[2];
    radiusPacketBuffer[len++] = HUAWEIVendor[3];

    radiusPacketBuffer[len++] = 0x55;
    radiusPacketBuffer[len++] = 0x06;
    radiusPacketBuffer[len++] = 0x00;
    radiusPacketBuffer[len++] = 0x00;
    radiusPacketBuffer[len++] = 0x00;
    radiusPacketBuffer[len++] = 0x01;

    // Huawei-PortalURL 27
    tmpLen = strlen(argv[4]);
    radiusPacketBuffer[len++] = 0x1a;
    radiusPacketBuffer[len++] = tmpLen+2+4+2;
    radiusPacketBuffer[len++] = HUAWEIVendor[0];
    radiusPacketBuffer[len++] = HUAWEIVendor[1];
    radiusPacketBuffer[len++] = HUAWEIVendor[2];
    radiusPacketBuffer[len++] = HUAWEIVendor[3];

    sprintf(radiusPacketBuffer+len, "%c%c%s", 27, tmpLen+2, argv[4]);
    len += tmpLen+2;

    radiusPacketBuffer[2] = len / 0xff;
    radiusPacketBuffer[3] = len % 0xff;

    unsigned char authen[17] = {0};
    int keyLen = strlen(brasSecureKey);
    memcpy(radiusPacketBuffer+len, brasSecureKey, keyLen);
    MD5Calc((unsigned char*)radiusPacketBuffer, len+keyLen, authen);
    memcpy(radiusPacketBuffer+4, authen, 16);
    return OK;
}

26号私有属性说明

不同的厂家使用的26号私有属性各有不同，如下列举国内运营商常用的厂家的26号属性。

# 亚信 AsiaInfo extern Vendor Attrib
# Vendor 26, 999
#
# 爱立信 Ericsson extern Vendor Attrib
# Vendor 26, 2352
#
# 华为 HuaWei extern Vendor Attrib
# Vendor 26, 2011
#
# 中兴 ZTE extern Vendor Attrib
# Vendor 26, 3902
#
# 贝尔 BELL-ALC extern Vendor Attrib
# Vendor 26, 6527
#
# 海蜘蛛 HISPIDER extern Vendor Attrib
# Vendor 26, 16010

# ...

参考材料：

认证报文RFC参考 RFC2865： https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2865

计费报文RFC参考 RFC2866：https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2866

动态授权（DM和COA）RFC参考 RFC3576：https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3576

认证请求的CHAP参考：https://www.cnblogs.com/voipman/p/5047912.html

认证请求报文的PAP参考：https://www.cnblogs.com/voipman/p/5345320.html

PPPoE的参考：https://www.cnblogs.com/voipman/p/pppoe.html