基于Linux设计实用的校园网网关与认证系统
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摘要： 本文通过介绍我院校园网网关与认证系统的总体设计过程，并针对校园网的特点，提出了一种新的实用的校园网网关与认证模式，同时具体描述了包括IP转发控制、身份认证、数据库、网关控制模块、流量控制等实现过程。该系统实现了对于用户身份的鉴别，同时保证了对于上层的协议和用户的透明性，用户与IP地址绑定，而且充分利用网络特性能够支持大型网络。系统具有实用、易扩展、灵活、安全、使用方便的特点。
关键词：IP转发；Iptables网关过滤；TC流量控制
中图分类号：TP339文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)03-10690-01
1 引言
我院于2003年7月建立了校园网，随着我院上网用户数的增加，校园网原来所提供的服务已经远远不能满足师生的需求，而且给网络中心网管人员带来了不便。认证服务器，网关已成为网络的系统瓶颈，造成网络性能的下降，随之带来的网络管理问题也日渐突出。所以，必须对校园网络的网关和认证系统进行重新设计，根据运行以来出现的突出问题，我们提出了在网关与认证系统的软件设计上，必须达到如下要求：(1)系统能对独立IP带宽进行有效的分配，分配要合理，使得BT不再影响网络的运转；(2)网关、认证服务器不能成为网络的系统瓶颈而造成网络性能的下降，认证服务器和网关要分离，可以多台网关同时工作；(3)系统需要有相当的安全性足以保护用户的利益。
2 系统的实现
2.1 系统物理拓扑图设计
图1
2.2 认证服务器
本服务器使用linux操作系统，安装mysql，和我们设计的认证系统等软件，下面就认证系统主要的数据库和认证过程做简要介绍。
2.2.1 数据库分为用户表、在线用户表、日志、网关资料表。
2.2.1.1 用户表
2.2.1.2 在线用户表：为认证用，防止多个IP同一用户上线，防止IP无限制上线。
2.2.1.3 日志表：供以后查询
2.2.1.4 网关资料表
2.2.2 认证过程
客户机登陆时，服务器发唯一随机码给客户机，客户机用md5对，本机IP、随机码、密码产生摘要，然后摘要和用户名一起发送到服务器，服务器收到后，用数据库密码和客户机IP，随机码产生摘要，比较是否一致！一致就通告网关放行。使用md5(R,ip,password)可以避免报文重发，还可以避免水桶攻击，没有存在任何安全问题。客户机每5分钟发一下延长生存期报文，服务器认为客户在线，如果10分钟，服务器没有收到延长生存期报文就认为客户已下线。通告网关，用户已下线了。（见图2和图3）
图2
2.3 网关的工作过程
网关使用Linux操作系统，安装有iptables，tc，和我们设计的网关管理软件。
2.3.1 启用ip转发功能
网关初始禁止所有IP:iptables CA FORWARD Cj DROP；IP过网关，当收到认证服务器放行报文，就用iptables CI FORWARD 0 Cs *.*.*.* -j ACCEPT;iptables CI FORWARD 0 Cd *.*.*.* -j ACCEPT；收到认证服务器用户下线报文，就用iptables CD FORWARD Cs *.*.*.* -j ACCEPT；iptables CD FORWARD Cd *.*.*.* -j ACCEPT。
2.3.2 TC流量控制
tc class add dev eth0 parent 1:0 classid 1:1 cbq bandwidth 10Mbit rate 200Kbit allot 1513 cell 8 weight 50Kbitavpkt 1000 bounded
该队列的最大可用带宽为10Mb，实际分配的带宽为 200kb，最大传输单元（加MAC头）大小为1513字节，包的平均大小为1000字节，包间隔发送单元的大小为8字节，相应于实际带宽的加权速率为50Kb，独占带宽。
通过限制速度200kb，使得在用户在线的高峰期，服务器能不超载，200Kb×2000（用户）=400Mb
tc filter add dev eth0 parent 1:0 prio 5 u32 ht 1:6: match ip src *.*.*.* flowid 1:1
匹配 *.*.*.* 的IP地址的包都要符合上面规定。
2.4 系统的扩展
此系统性能要求最高在于网关服务器，对于CPU P4 2.4，内存DDR 512M，硬盘10G的计算机可以支持1500在线，如果有更多的用户数，可以增加多台网关共用来支持，就能轻松满足需要了。
3 结束语
校园网网关与认证系统在我院校园网运行一年多来，基本解决了网络系统的瓶颈问题，大大提高了网络的性能，受到了学院师生的好评。
参考文献：
[1] 沈金龙. 计算机通信与网络[M]. 北京：北邮大学出版社,2002,(122).
[2] 朱明. 计算机网络安全[J]. 南京: 中国科技信息,2005,(20).
[3] 张汉文，等. 计算机网络安全与防范问题初探[Z]. 信息安全与通信保密,2005.10.
[4] 林宇, 郭凌云. Linux网络编程[M]. 北京:人民邮电出版社,2000.
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