基于并發(fā)處理結構的寬帶智能認證技術研究

文｜李維賢，普磊，金泓，黃志明

基于并發(fā)處理結構的寬帶智能認證技術研究

文｜李維賢，普磊，金泓，黃志明

一、背景

目前在寬帶認證鑒權領域，當收到來自用戶的寬帶認證鑒權請求后，會分配一個線程處理該請求，由線程順序執(zhí)行包括賬號密碼校驗、有效期校驗、余額校驗、捆綁屬性校驗等步驟，線程處理完一個鑒權請求后，獲取下一個鑒權請求接著處理。

由于認證鑒權為順序執(zhí)行，需要執(zhí)行完最后一個步驟后才能夠得到認證結果，效率低下，一旦遇到復雜業(yè)務流程就會持續(xù)占用該線程，處理時間過長，且進程池、線程池內(nèi)資源不能夠釋放，降低系統(tǒng)的吞吐量；同時，由于用戶在寬帶認證過程中一旦遇到阻塞會反復請求認證鑒權，因此寬帶認證鑒權需求量巨大，可能會導致報文隊列堵塞和積壓，降低系統(tǒng)的業(yè)務承載能力。

基于并發(fā)處理結構的寬帶智能認證技術，結合了四層/七層交換技術、分布式對象技術（ICE）、應用中間件技術、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術、數(shù)據(jù)復制技術、數(shù)字簽名技術、數(shù)據(jù)挖掘技術、加權hash算法（PHash）、并發(fā)服務器技術、過濾網(wǎng)技術（Filtrate Net））等相關技術，實現(xiàn)多進程同時獲取消息隊列中的請求，非線性操作，可理想化為一次性處理一個通道的數(shù)據(jù)，從而形成一站式智能化寬帶認證功能，有效提升寬帶認證處理效率。

二、寬帶認證技術

寬帶認證技術是AAA（認證，授權，計費）的初始步驟，AAA一般包括用戶終端、AAAClient、AAAServer和計費軟件四個環(huán)節(jié)，用戶終端與AAAClient之間的通信方式通常稱為"認證方式"，目前常用的寬帶認證技術主要是PPPoE認證技術。

PPPoE是利用以太網(wǎng)發(fā)送PPP包的傳輸方法和支持在同一以太網(wǎng)上建立多個PPP連接的接入技術。其結合了以太網(wǎng)和PPP連接的綜合屬性。以太網(wǎng)是一種廣播網(wǎng)絡，其缺點是通訊雙方無法相互驗證對方身份，通訊是不安全的。PPP協(xié)議提供了通訊雙方身份驗證的功能，但是PPP協(xié)議是一種點對點的協(xié)議，協(xié)議中沒有提供地址信息。如果PPP應用在以太網(wǎng)上，必須使用PPPoE再進行一次封裝，PPPoE協(xié)議提供了在以太網(wǎng)廣播鏈路上進行點對點通信的能力。

三、基于并發(fā)處理結構的寬帶智能認證技術

（一） 基本原理

并發(fā)處理結構采用多進程+多線程技術，由進程和線程交織形成矩陣模型，一個處理請求到達后，不再是簡單的從池中一個進程或線程來處理，處理完成后再處理下一個，而是進程獲取處理請求，再分段給線程處理，業(yè)務流程越復雜，處理線程就越多，但無論多復雜的業(yè)務一個處理請求MAX處理時間是確定的，通過多進程的分散，處理能力成幾何級增加，最大限度利用資源；此結構需要多通道技術支持，緩存的消息隊列不再是簡單的先進先出隊列模式，需要采用多通道對接業(yè)務進程模式，不再是先進先出結構，請求消息進入通道后，有進程做均分二段處理，段內(nèi)同樣做均分處理，如此遞歸直至無法均分，獲取到的處理請求即為當前處理請求，可以實現(xiàn)多進程同時獲取消息隊列中的請求，非線性操作，可理想化為一次性處理一個通道的數(shù)據(jù)。

（二）核心技術

1、基于任務的帶多重異步的同步技術

基于任務的異步GDBM查詢處理, 帶多重異步的同步指通過異步查詢內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中不同分類的數(shù)據(jù)，最后回調第一個任務的一個函數(shù)，如收到用戶請求后，異步分別查詢用戶賬號，用戶密碼，用戶狀態(tài)，用戶使用區(qū)域，用戶線路綁定信息，用戶有效期等等信息的有效性，最后返回數(shù)據(jù)給第一個任務函數(shù)。

認證鑒權時候, 需要從AA 的Corba服務查詢大量的不同分類的數(shù)據(jù).讓每個Task矩陣執(zhí)行, 然后通過一個機制, 讓所有任務完成后, 回調第一個任務的一個函數(shù). 這樣就無需實現(xiàn)很多粘合操作,避免了反復調用消耗資源。

2、基于protobuf反射機制的自動合成

基于protobuf反射機制的自動合成指通過protobuf反射機制及結構體序列化好的buffer自動填充字段，實現(xiàn)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)寫入。

radius原來的處理框架為同步阻塞方式，任何的函數(shù)需要所有的功能執(zhí)行完成后才能夠返回，在結合lua腳本后，lua腳本能夠為應用程序提供靈活的擴展和定制功能，實現(xiàn)異步處理方式，如原radius處理流程需要對認證請求中的校驗信息進行線性處理，一個請求處理需要較長時間且線性處理后的返回信息不全，而基于lua的機制的radius框架，能夠對所有校驗信息同步處理，且返回為全量信息。

使用了這項核心技術后，能夠在有限的硬件資源條件下，通過內(nèi)存數(shù)據(jù)庫異步處理，數(shù)據(jù)自動合成、資源互聯(lián)、框架優(yōu)化、隊列分拆等技術，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的并發(fā)處理，硬件資源的充分利用。

3 、服務器互聯(lián)及識別

基于一些簡單的配置就可以將多臺資源, 同種類的不同資源互相連接起來,資源連接后,邏輯端可以進行廣播或者單獨發(fā)送等。

4、基于lua的機制的radius框架

radius處理,本身都是一個同步阻塞過程, 而這個lua框架是異步方式來做, 比起以前的本地GM系統(tǒng), 這塊的設計是非常大的進步，現(xiàn)在正在設計基于golang的服務器框架,外加lua語言編寫的本地XM框架,實現(xiàn)radius同步和異步的結合。

如現(xiàn)有GM系統(tǒng)中radius處理流程需要對認證請求中的校驗信息進行線性處理，一個請求處理需要較長時間且線性處理后的返回信息不全，而基于lua的機制的radius框架，能夠對所有校驗信息同步處理，且返回為全量信息。

使用了基于lua機制的radius框架后，能夠在有限的硬件資源條件下，通過內(nèi)存數(shù)據(jù)庫異步處理，數(shù)據(jù)自動合成、資源互聯(lián)、框架優(yōu)化、隊列分拆等技術，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的并發(fā)處理，硬件資源的充分利用。

（三） 實現(xiàn)流程

用戶接入NAS，NAS使用Access-Require數(shù)據(jù)包向RADIUS服務器提交用戶信息，包括用戶名、密碼等相關信息，其中用戶密碼是經(jīng)過MD5加密的，雙方使用共享密鑰，這個密鑰不經(jīng)過網(wǎng)絡傳播；RADIUS服務器對用戶名和密碼的合法性進行檢驗，必要時可以提出一個Challenge，要求進一步對用戶認證，也可以對NAS進行類似的認證；如果合法，給NAS返回Access-Accept數(shù)據(jù)包，允許用戶進行下一步工作，否則返回Access-Reject數(shù)據(jù)包，拒絕用戶訪問；如果允許訪問，NAS向RADIUS服務器提出計費請求Account-Require，RADIUS服務器響應Account-Accept，對用戶的計費開始，同時用戶可以進行自己的相關操作。

四、結束語

通過并發(fā)處理結構的寬帶智能認證方法，在業(yè)務請求經(jīng)過時不再是單一的順序（例如先進先出隊列）處理，也不是批量處理（例如多線程循環(huán)處理），而是采用矩陣模式，縱向維度是進程分層，橫向維度是線程meta細化和多通道，能夠實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量大并發(fā)處理的同時，處理復雜業(yè)務，以原始meta處理單元為基礎，通過多進程分層獲取業(yè)務請求，再通過多線程分多通道處理，每個通道內(nèi)運行的是meta最小處理單元，將復雜業(yè)務劃小為多個meta處理單元，每個處理請求的maxtime消耗為固定時間，不會導致進程或者線程資源長期占用不能釋放。

通過該方法的運用不僅僅是提高效率，還解決了復雜業(yè)務的處理，同時最大限度的利用資源，減少資源調度損耗，在相同硬件環(huán)境下，提供更高處理效能，且結構易于擴展和調整，擴容不僅僅是增加機器，可以從結構優(yōu)化上調整，結構維度上可以擴展為3維、4維處理，針對不同主機環(huán)境采用不同的維度，例如X86芯片則以線程處理業(yè)務量維度為主，IBM Power芯片則以進程吞度量維度為主。

作者單位：中國電信云南分公司