AAA协议

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AAA协议

1 AAA简介

AAA指的是Authentication（鉴别），Authorization（授权），Accounting

（计费）。自网络诞生以来，认证、授权以及计费体制（AAA）就成为其运

营的基础。网络中各类资源的使用，需要由认证、授权和计费进行管理。而

AAA的发展与变迁自始至终都吸引着营运商的目光。对于一个商业系统来说，

鉴别是至关重要的，只有确认了用户的身份，才能知道所提供的服务应该向

谁收费，同时也能防止非法用户（黑客）对网络进行破坏。在确认用户身份

后，根据用户开户时所申请的服务类别，系统可以授予客户相应的权限。最

后，在用户使用系统资源时，需要有相应的设备来统计用户所对资源的占用

情况，据此向客户收取相应的费用。

其中，鉴别（Authentication）指用户在使用网络系统中的资源时对用

户身份的确认。这一过程，通过与用户的交互获得身份信息（诸如用户名—

口令组合、生物特征获得等），然后提交给认证服务器；后者对身份信息与

存储在数据库里的用户信息进行核对处理，然后根据处理结果确认用户身份

是否正确。例如，GSM移动通信系统能够识别其网络内网络终端设备的标志

和用户标志。授权（Authorization）网络系统授权用户以特定的方式使用

其资源，这一过程指定了被认证的用户在接入网络后能够使用的业务和拥有

的权限，如授予的IP地址等。仍以GSM移动通信系统为例，认证通过的合

法用户，其业务权限（是否开通国际电话主叫业务等）则是用户和运营商在

事前已经协议确立的。计费（Accounting）网络系统收集、记录用户对网络

资源的使用，以便向用户收取资源使用费用，或者用于审计等目的。以互联

网接入业务供应商ISP为例，用户的网络接入使用情况可以按流量或者时间

被准确记录下来。

认证、授权和计费一起实现了网络系统对特定用户的网络资源使用情况

的准确记录。这样既在一定程度上有效地保障了合法用户的权益，又能有效

地保障网络系统安全可靠地运行。考虑到不同网络融合以及互联网本身的发

展，迫切需要新一代的基于IP的AAA技术。因此出现了Diameter协议。

2 AAA在移动通信系统中的应用

在移动通信系统中，用户要访问网络资源，首先要进行用户的入网认证，

这样用户才能访问网络资源。鉴别的过程就是验证用户身份的合法性；鉴别

完成后，才能对用户访问网络资源进行授权，并对用户访问网络资源进行计

费管理。一般来讲，鉴别过程由三个实体来完成的。用户（Client）、认证

器（Authenticator）、AAA服务器（Authentication 、Authorization和

Accounting Server）。在第三代移动通信系统的早期版本中，用户也称为

MN（移动节点），Authenticator在NAS（Network Access Server）中实现，

它们之间采用PPP协议，认证器和AAA服务器之间采用AAA协议（以前的方

式采用远程访问拨号用户服务RADIUS（Remote Access Dial up User

Service）；Raduis英文原意为半径，原先的目的是为拨号用户进行鉴别和

计费。后来经过多次改进，形成了一项通用的鉴别计费协议）。

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RADIUS是一种C/S结构的协议，它的客户端最初就是NAS（Net Access

Server）服务器，现在任何运行RADIUS客户端软件的计算机都可以成为

RADIUS的客户端。RADIUS协议认证机制灵活，可以采用PAP、CHAP或者Unix

登录认证等多种方式。RADIUS是一种可扩展的协议，它进行的全部工作都

是基于Attribute-Length-Value的向量进行的。RADIUS的基本工作原理是:

用户接入NAS，NAS向RADIUS服务器使用Access-Require数据包提交用户

信息，包括用户名、密码等相关信息，其中用户密码是经过MD5加密的，双

方使用共享密钥，这个密钥不经过网络传播；RADIUS服务器对用户名和密

码的合法性进行检验，必要时可以提出一个Challenge，要求进一步对用户

认证，也可以对NAS进行类似的认证；如果合法，给NAS返回Access-Accept

数据包，允许用户进行下一步工作，否则返回Access-Reject数据包，拒绝

用户访问；如果允许访问，NAS向RADIUS服务器提出计费请求

Account-Require，RADIUS服务器响应Account-Accept，对用户的计费开始，

同时用户可以进行自己的相关操作。

RADIUS是目前最常用的认证计费协议之一，它简单安全，易于管理，

扩展性好，所以得到广泛应用。但是由于协议本身的缺陷，比如基于UDP的

传输、简单的丢包机制、没有关于重传的规定和集中式计费服务，都使得它

不太适应当前网络的发展，需要进一步改进。

随着新的接入技术的引入（如无线接入、DSL、移动IP和以太网）和接

入网络的快速扩容，越来越复杂的路由器和接入服务器大量投入使用，对

AAA协议提出了新的要求，使得传统的RADIUS结构的缺点日益明显。目前,3G

网络正逐步向全IP网络演进，不仅在核心网络使用支持IP的网络实体，在

接入网络也使用基于IP的技术，而且移动终端也成为可激活的IP客户端。

如在WCDMA当前规划的R6版本就新增以下特性：UTRAN和CN传输增强；无

线接口增强；多媒体广播和多播（MBMS）；数字权限管理（DRM）；WLAN-UMTS

互通；优先业务；通用用户信息（GUP）；网络共享；不同网络间的互通等。

在这样的网络中，移动IP将被广泛使用。支持移动IP的终端可以在注册的

家乡网络中移动，或漫游到其他运营商的网络。当终端要接入到网络，并使

用运营商提供的各项业务时，就需要严格的AAA过程。AAA服务器要对移动

终端进行认证，授权允许用户使用的业务，并收集用户使用资源的情况，以

产生计费信息。这就需要采用新一代的AAA协议——Diameter。此外，在

IEEE的无线局域网协议802.16e的建议草案中，网络参考模型里也包含了

鉴别和授权服务器ASA Server，以支持移动台在不同基站之间的切换。可

见，在未来移动通信系统中，AAA服务器占据了很重要的位置。

经过讨论，IETF的AAA工作组同意将Diameter协议作为下一代的AAA

协议标准。Diameter（为直径，意为着Diameter协议是RADIUS协议的升级

版本）协议包括基本协议，NAS（网络接入服务）协议，EAP（可扩展鉴别）

协议，MIP（移动IP）协议，CMS（密码消息语法）协议等。Diameter协议

支持移动IP、NAS请求和移动代理的认证、授权和计费工作，协议的实现和

RADIUS类似，也是采用AVP，属性值对（采用Attribute-Length-Value三

元组形式）来实现，但是其中详细规定了错误处理, failover机制,采用TCP

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协议，支持分布式计费，克服了RADIUS的许多缺点，是最适合未来移动通

信系统的AAA协议。

3 新一代的AAA协议——Diameter

Diameter应用协议族和其他网络协议的关系：

（1） Diameter的基础协议（Base protocol）

Diameter基本协议为移动IP（Mobile IP）、网络接入服务（NAS）等

应用提供最基本的服务，例如用户会话、计费等，具有能力协商、差错通知

等功能。协议元素由众多命令和AVP（属性值对）构成，可以在客户机、代

理、服务器之间传递鉴别、授权和计费信息。但是不管客户机、代理还是服

务器，都可以主动发出会话请求，对方给予应答，所以也叫对等实体之间的

协议。命令代码、AVP值和种类都可以按应用需要和规则进行扩展。

（2）Diameter的NAS协议

Diameter的NAS协议既是Network Access Service（网络接入服务）

协议。由NAS客户机处理用户MN的接入请求（RegReq），将收到的客户认

证信息转送给NAS服务器；服务器对客户进行鉴别，将结果（Success/Fail）

发给客户机；客户机通过RegReply将结果发回给MN，并根据结果对MN进

行相应处理。

NAS作为网络接入服务器，在其用户端口接收到呼叫或服务请求时便开

始与AAA服务器之间进行消息交换，有关呼叫的信息、用户身份和用户鉴别

信息被打包成一种AAA消息发给AAA服务器。实际上，移动IP中的FA可以

看成是通过空中的MPPP链路接收移动终端MN的服务连接请求的NAS服务器，

它作为AAA服务器的客户机，在两者之间交换NAS消息请求和应答。

（3）Diameter的EAP协议

Diameter EAP （Extensible Authentication Protocol ——可扩展鉴

别协议）协议提供了一个支持各种鉴别方法的标准机制。EAP其实是一种框

架，一种帧格式，可以容纳各种鉴别信息。EAP所提供的多回合鉴别是PAP

和CHAP所不具备的。

EAP协议描述用户、NAS(AAA客户机)和AAA服务器之间有关EAP鉴别消

息的请求和应答的关系，完成一次对鉴别请求的应答，中间可能需要多次消

息交换过程。在移动终端MN移动的环境下，MN与FA之间的鉴别扩展采用

EAP，即把FA看做是一个NAS，它作为Diameter AAA的客户机，Diameter AAA

服务器作为EAP的后端服务器，两者之间载送EAP分组。端到端的EAP鉴别

发生在用户和它的H-AAA之间。

（4）Diameter的CMS协议

Diameter CMS（Cryptographic Message Syntax ——密码消息语法）

协议实现了协议数据的Peer-to-Peer（端到端）加密。由于Diameter网络

中存在不可信的Relay（中继）和Proxy（代理），而IPSec和TLS又只能

实现跳到跳的安全，所以IETF定义了Diameter CMS应用协议来保证数据安

全。

（5）Diameter的MIP协议由于未来移动通信网络正逐步向全IP网络

演进，这就不可避免碰到用户移动到外部域的问题。 Diameter MIP应用协

议允许用户漫游到外部域，并在经过鉴权后接受外部域Server（服务器）

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和Agent（代理）提供的服务。在未来移动通信中，这种情况将十分常见，

因此MIP协议对于移动通信系统来说至关重要. 当用户移动到外部域的时

候，需要进行一系列的消息交换才能安全地接入外部网络，接受其提供的服

务。MIP协议的实现环境中MN和HA都可以在家乡域或在外地域，其中比较

典型的一种情况是MN在外地域而HA在家乡域。其接入过程如下节所示。

（6）采用Diameter MIP的一次典型的MN注册过程如图2所示（仅给

出MN在外地域而HA在家乡域的情况）：

i. 开机注册前，MN只有NAI以及和AAAH的安全关联的信息，没有home

address。

ii. 开机后，MN向FA发出注册请求，其中包含的home

address=0.0.0.0 ，home agent address=255.255.255.255

iii. FA接到注册请求后，根据其中的信息生成AMR发给AAAF，其中

MIP-Feature-Vector AVP中Set Home-Agent-Request=1,Home-Address-

Allocatable-Only-in-Home-Realm=1

iv. AAAF接到AMR后转发给AAAH。

v. AAAH收到AMR后，为MN分配HA，分配MN-HA、MN-FA之间的密钥材

料，和FA-HA之间的密钥，向HA发出HAR，其中MIP-Reg-Request AVP包

含Mobile IP 注册请求信息。

vi. HA接到HAR，分配home address给MN，处理MIP-Reg-Request AVP，

生成MIP-Reg-Reply AVP，包含在HAA中返回AAAH。

vii. AAAH收到HAA后生成AMA，包含MIP-Home-Agent-Address,

MIP-Mobile-Node-Address AVPs，发给AAAF。

viii. AAAF将AMA转发给FA。

ix. FA接到AMA后保留FA-HA密钥,将FA-MN、HA-MN之间的密钥材料

通过注册应答Registration-Reply发送给MN。

其中涉及到的名词有：

·HA ： Home Agent ， 家乡代理

·FA ：Foreign Agent ， 外部代理

·MN ： Mobile Node ， 移动节点

·AAAH ： AAA Home server ， AAA家乡域服务器

·AAAF：AAA Foreign server ， AAA外地域服务器

·AMR ：AAA-Mobile-Node- Request ，AAA移动节点请求消息

·AMA : AAA-Mobile-Node- Answer ，AAA移动节点答复消息

·HAR : Home-Agent-MIP-Request ， 家乡代理MIP请求消息

·HAA : Home-Agent-MIP-Answer ， 家乡代理MIP答复消息

HA和MN在外地域或家乡域的其他组合的情况与此类似，再此就不一一

列举。

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