文｜李維賢，普磊，金泓，黃志明

基于并發(fā)處理結(jié)構(gòu)的寬帶智能認證技術(shù)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(quán)領(lǐng)域，當收到來自用戶的寬帶認證鑒權(quán)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(quán)請求后，獲取下一個鑒權(quán)請求接著處理。

由于認證鑒權(quán)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(jié)果，效率低下，一旦遇到復(fù)雜業(yè)務(wù)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(fù)請求認證鑒權(quán)，因此寬帶認證鑒權(quán)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(wù)承載能力。

基于并發(fā)處理結(jié)構(gòu)的寬帶智能認證技術(shù)，結(jié)合了四層/七層交換技術(shù)、分布式對象技術(shù)（ICE）、應(yīng)用中間件技術(shù)、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)、數(shù)字簽名技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、加權(quán)hash算法（PHash）、并發(fā)服務(wù)器技術(shù)、過濾網(wǎng)技術(shù)（Filtrate Net））等相關(guān)技術(shù)，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(shù)

寬帶認證技術(shù)是AAA（認證，授權(quán)，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(shù)主要是PPPoE認證技術(shù)。

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(shù)。其結(jié)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(luò)，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(yīng)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(jié)構(gòu)的寬帶智能認證技術(shù)

（一） 基本原理

并發(fā)處理結(jié)構(gòu)采用多進程+多線程技術(shù)，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(wù)流程越復(fù)雜，處理線程就越多，但無論多復(fù)雜的業(yè)務(wù)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(jié)構(gòu)需要多通道技術(shù)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(wù)進程模式，不再是先進先出結(jié)構(gòu)，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(shù)

1、基于任務(wù)的帶多重異步的同步技術(shù)

基于任務(wù)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(diào)第一個任務(wù)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(wù)函數(shù)。

認證鑒權(quán)時候, 需要從AA 的Corba服務(wù)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(wù)完成后, 回調(diào)第一個任務(wù)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(fù)調(diào)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(jié)構(gòu)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(jié)合lua腳本后，lua腳本能夠為應(yīng)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?qū)λ行ｒ炐畔⑼教幚?，且返回為全量信息?/p>

使用了這項核心技術(shù)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(shù)，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(wù)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(shè)計是非常大的進步，現(xiàn)在正在設(shè)計基于golang的服務(wù)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(jié)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?qū)λ行ｒ炐畔⑼教幚?，且返回為全量信息?/p>

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(shù)，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(wù)器提交用戶信息，包括用戶名、密碼等相關(guān)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(luò)傳播；RADIUS服務(wù)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(wù)器提出計費請求Account-Require，RADIUS服務(wù)器響應(yīng)Account-Accept，對用戶的計費開始，同時用戶可以進行自己的相關(guān)操作。

四、結(jié)束語

通過并發(fā)處理結(jié)構(gòu)的寬帶智能認證方法，在業(yè)務(wù)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?qū)崿F(xiàn)大數(shù)據(jù)量大并發(fā)處理的同時，處理復(fù)雜業(yè)務(wù)，以原始meta處理單元為基礎(chǔ)，通過多進程分層獲取業(yè)務(wù)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(fù)雜業(yè)務(wù)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(fù)雜業(yè)務(wù)的處理，同時最大限度的利用資源，減少資源調(diào)度損耗，在相同硬件環(huán)境下，提供更高處理效能，且結(jié)構(gòu)易于擴展和調(diào)整，擴容不僅僅是增加機器，可以從結(jié)構(gòu)優(yōu)化上調(diào)整，結(jié)構(gòu)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(wù)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