校园网基于802.1x无感知认证

摘要：随着教育信息化建设加快推进，各中小学校数字化校园硬件和软件系统也得到了不断完善，在办公及学习区域都有一定数量的无线AP, 方便老师移动办公和学生的数字化学习。但无线网络相对于有线网络没有固定边界，在没有任何安全策略情况下只要进入无线覆盖范围内就可以关联无线，存在身份无法确认的巨大安全隐患。同时数据通过电磁波进行传输，黑客可以通过无线抓包软件探测周围无线数据报文，数据传输同样存在安全隐患。本文给出一种基于802.1x协议的校园网无线认证方法,并阐述了其实现步骤。

一、现状与需求分析

随着智能终端的普及，接入校园网络的终端类型正在逐渐发生变化。智能终端需要通过3G、GPRS、WIFI接入Internet网络。但目前3G、GPRS上网资费较贵，所以WIFI成为校园网中智能终端的主要接入方式。为了保障无线网络及用户数据传输的安全，需要对接入终端身份进行校验,同时对传输数据进行加密。

校园网中常见的无线身份验证方式为：预共享密钥的方式、Portal方式（WEB认证）。

(1)预共享密钥：学校网络管理员提前配置无线安全密钥，用户接入网络时输入提前配置的密钥进行身份验证。由于密钥为静态管理方式，如果该密钥泄露，将失去用户身份验证的作用，该方式在大型无线网络中已经很少使用。

(2)Portal方式：用户使用浏览器进行认证(WEB认证)，不存在系统兼容性的问题，但是用户每次接入网络都需要打开浏览器进行一次Portal认证，如果每次都需要进行Portal认证将大大降低用户的无线体验。

根据老师们使用习惯和应用场景分析，能不能给我们的老师提供一种快速“无感知”的接入方式，即终端进入无线覆盖范围内即可自动连接无线网络，不再需要输入用户名、密码或者预共享密钥等信息即可完成终端身份识别。化繁为简的“无感知”接入，让用户几乎忘了自己是如何上网的,同时安全性却丝毫没有妥协，网络管理员依然可以做到最为安全的无线网络接入。

二、802.1x无感知认证价值描述

无感知认证的方案有：基于802.1x无感知认证，基于MAC无感知认证。本文主要讨论基于802.1x的无感知认证。

市场上大部分智能终端都支持802.1x认证功能，802.1x技术为企业级的网络提供了安全和便捷的解决方案。用户希望接入无线网络时只需要首次进行认证信息配置，后续用户只要进入无线信号覆盖范围内即可自动完成认证。

802.1x协议规定在完成认证之前是不允许信息交互的，因此手持终端与AC在认证之前只能通过802.1x协议规定的EAP（Extensible Authentication Protocol，可扩展认证协议）帧交换认证信息。目前大多数手持终端都支持基于802.1x的EAP认证，输入相应的用户名密码，即可自动完成认证，这种方式称为EAP-PEAP，即Protected-EAP（受保护的可扩展的身份验证协议）。已被Wi-FI联盟WPA和WPA2批准的有两个子类型：PEAPV0-MSCHAPV2和PEAPV1-GTC。又由于PEAP是一个框架协议，目前业界使用最广的是由微软提出的PEAP-MSCHAPV2协议，又被称作MS-PEAP，也就是我们在iPhone上看到的WPA/WPA2企业级认证方式。

PEAP是可扩展的身份认证协议，认证过程分为两个阶段，第一阶段终端与Radius服务器之间建立TLS隧道，通过TLS保护第二阶段用户信息的交互；第二阶段完成认证方式的协商及用户身份的认证。常见的PAEP认证方式有两种：PEAP-MSCHAPV2、PEAP-GTC。从技术角度而言，PEAP-MSCHAPV2技术是大部分移动终端都支持的无线认证协议，该协议将用户的认证信息在PEAP保护下传输，且用户密码无法被解密而被窃取。所以PEAP-MSCHAPV2成为大部分无线项目主推的认证方式。

三、基础网络部署

802.1x无感知认证采用标准的PEAP方式进行认证，该功能不是锐捷特有的功能，下面只是以锐捷网络设备为例。

1．网络设备

三层核心交换机SW1(S8606)，二层接入交换机SW2(S2900),无线AP(RG-AP320-I),无线AC控制器(RG-WS5302)，RG-ESS或RG-SMP认证系统。

2．网络拓扑

网络拓扑如图1所示，其功能介绍如表1所示。



图1  网络拓扑

表1  功能介绍

序号 功能规划 内容 
1 AP设备VLAN 10 192.168.10.0/24 AP设备网关在核心 
2 AP用户VLAN 20 192.168.20.0/24 无线用户网关在核心 
3 AC和核心互联 VLAN 30 核心：192.168.30.1/30
AC：192.168.30.2/30 
4 AC环回地址 Lo0：192.168.254.254/32 
5 RG-ESS/SMP地址 192.168.100.100/24 
6 无线用户SSID 802.1x无感知认证：ruijie-802.1x 


(1)在上面的网络中使用了无线AC本地转发部署模式。通常情况下无线用户所有流量都需要先经过AC才能进行转发，这种集中转发的模型有可能会改变客户的流量模型，客户希望无线用户流量不走AC直接通过AP进行转发，这就是本地转发功能。AC只做控制不参与用户数据转发，减轻了AC负担。

(2)无线用户网关位于核心交换机，无线用户数据报文由AP完成802.11到802.3转化。接入交换机和AP互联接口配置为trunk，native vlan修改为AP设备vlan，只放通无线用户vlan和AP vlan。

3．配置要点

(1)核心交换机SW1的配置

创建ap vlan 10、用户vlan 20、AC与核心交换机（SW1）互联的vlan 30：

SW1>enable  //进入特权模式

SW1#configure terminal  //进入全局配置模式

SW1(config)#vlan 10  //ap的vlan

SW1(config-vlan)#vlan 20  //用户的vlan

SW1(config-vlan)#vlan 30  //AC与核心交换机（SW1）互联的vlan

配置接口和接口地址：

SW1(config)# interface GigabitEthernet 0/1  //与AC互联的接口配置为trunk

SW1(config-if-GigabitEthernet 0/1)#switchport mode trunk

SW1(config)#interface vlan 10  //配置ap网关地址

SW1(config-if-VLAN 10)# ip address 192.168.10.1 255.255.255.0

SW1(config)#interface vlan 20  //无线用户的网关地址

SW1(config-if-VLAN 20)# ip address 192.168.20.1 255.255.255.0

SW1(config)#interface vlan 30  //和AC互联地址,子网掩码30位

SW1(config-if-VLAN 30)# ip address 192.168.30.1 255.255.255.252

地址池相关配置，给AP和无线用户分配地址:

SW1(config)#service dhcp  //开启DHCP服务

SW1(config)#ip dhcp pool ap  //创建DHCP地址池，名称是ap

SW1(dhcp-config)#option 138 ip 192.168.254.254   //配置option字段，指定AC的地址，即AC的loopback 0地址

SW1(dhcp-config)#network 192.168.10.0 255.255.255.0  //分配给ap的地址

SW1(dhcp-config)#default-route 192.168.10.1  //分配给ap的网关地址

SW1(config-dhcp)#exit

SW1(config)#ip dhcp pool ap_user  //无线用户DHCP地址池，名称是ap_user

SW1(dhcp-config)#network 192.168.20.0 255.255.255.0 //分配给无线用户的地址

SW1(dhcp-config)#default-route 192.168.20.1  //分给无线用户的网关

SW1(dhcp-config)#dns-server 8.8.8.8  //分配给无线用户的dns

注意：AP的DHCP中的option字段和网段、网关要配置正确，否则会出现AP获取不到DHCP信息导致无法建立隧道。

配置静态路由: 

指明到达AC的loopback 0 的路径, AC环回地址使用32位掩码。

SW1(config)#ip route 192.168.254.254 255.255.255.255 192.168.30.2 

(2)AC控制器配置

创建vlan:

AC(config)#vlan 10  //ap的vlan

AC(config-vlan)#vlan 20  //用户的vlan

AC(config-vlan)#vlan 30  //AC与核心交换机（SW1）互联的vlan

配置接口和接口地址：

AC(config)# interface GigabitEthernet 0/1  //与SW1互联的接口配置为trunk

AC(config-if-GigabitEthernet 0/1)#switchport mode trunk

AC(config-if-GigabitEthernet 0/1)#switchport trunk allowed vlan remove 1-9,11-19,21-29,31-4094

AC(config)# interface Loopback 0  //配置AC回环接口地址

AC(config-if-Loopback 0)#ip address 192.168.254.254 255.255.255.255

AC(config)#interface vlan 30  //配置与核心SW1互联地址,子网掩码30位

AC(config-if-VLAN 30)# ip address 192.168.30.2 255.255.255.252

配置默认路由:

AC(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.30.1  //192.168.30.1是核心交换机的地址

无线SSID配置:

AC(config)#wlan-config 20 ruijie-802.1x  //创建SSID为ruijie-802.1x无线信号

AC(config-wlan)#tunnel local  //开启wlan-id 20 的本地转发功能

无线ap-group配置，关联wlan-config和用户vlan：

AC(config)#ap-group default

AC(config-ap-group)#interface-mapping 20 20  //把wlan-config 20和vlan 20进行关联

(3)接入交换机(SW2)配置

在本地转发模式中，接入交换机和AP互联接口配置为trunk，native 为AP vlan，只放通无线用户vlan和AP vlan。

SW2(config)# interface GigabitEthernet 0/2

SW2(config-if-GigabitEthernet 0/2)#switchport mode trunk

SW2(config-if-GigabitEthernet 0/2)#switchport trunk native vlan 10  //必须把AP所属于的vlan配置为native vlan

SW2(config-if-GigabitEthernet 0/2)#switchport trunk allowed vlan remove 1-9,11-19,21-29,31-4094

四、802.1x认证配置

基础网络部署配置完成后就可以在AC控制器上配置802.1x认证，在RG-ESS/RG-SMP上完成相应参数的设置，就可实现无感知认证上网。

第一步：启用802.1x AAA认证

AC(config)#aaa new-model  //启用AAA认证功能

AC(config)#aaa accounting update   //开启记账更新

AC(config)#aaa accounting update periodic 5   //记账更新时间间隔与SMP服务器保持一致，SMP默认为5分钟

AC(config)#aaa accounting network acct-1x start-stop group radius  //定义名为acct-1x记账列表

AC(config)#aaa authentication dot1x auth-1x group radius //定义名为auth-1x认证列表

第二步：配置radius服务器IP及KEY

AC(config)#radius-server host 192.168.100.100 key ruijie //配置radius服务器KEY及IP

AC(config)#ip radius source-interface vlan 30  //AC使用vlan30的IP地址和radius对接

第三步：WLAN启用802.1x

AC(config)#wlansec 20  //20为前面配置的wlan-config 20

AC(config-wlansec)#security rsn enable //启用WPA2认证

AC(config-wlansec)#security rsn ciphers aes enable //启用AES加密

AC(config-wlansec)#security rsn akm 802.1x enable //启用802.1X认证

AC(config-wlansec)#dot1x accounting acct-1x  //调用第一步定义的记账列表

AC(config-wlansec)#dot1x authentication auth-1x  //调用第一步定义的认证列表

第四步：配置SNMP功能

AC(config)#snmp-server host 192.168.100.100 traps version 2c ruijie  

AC(config)#snmp-server enable traps

AC(config)#snmp-server community ruijie rw

第五步：其它相关配置

AC(config)#dot1x eapol-tag //AC可以处理带Vlan Tag认证报文，默认都需要配置

AC(config)#ip dhcp snooping  //开启dhcp snooping

AC(config)#dot1x dhcp-before-acct enable  //获取snooping表中用户的IP地址通过记账开始报文上传

五、RG-ESS/RG-SMP服务器相关配置

AC控制器配置完成后就可以在RG-ESS/RG-SMP认证服务器上完成相关配置，主要包括添加AC设备，添加上网帐号。由于其配置使用的是WEB方式，所以相对比较简单。

第一步：在系统中添加无线控制器AC

添加无线设备之前需要修改无线设备模版中的相关参数如radius key、portal key等，这些参数是前面在AC中配置的。添加设备截图如图2所示。



图2  添加设备截图

第二步：配置无线认证协议

打开认证参数配置，在无线认证方式中选择“PEAP-MSCHAP”，同时“启用windows xp系统自带客户端无感知认证”，然后根据实际配置无感知认证的SSID、安全类型、加密类型，以及认证协议。

第三步：添加账号

添加上网用户账号，账号属于默认用户组，不需要进行特殊设置。

六、终端功能验证

通过上面一系列的操作，已经完成了802.1x无感知认证的所有关键配置，由于无线接入终端很多，下面就以ios系统为例进行上网验证，Android等其它系统配置差不多。

第一步：进入设置,打开无线局域网，点击“ruijie-802.1x”无线网络，如图3所示。



图3 打开无线局域网截图

第二步：在弹出的界面中输入用户名、密码，点击加入，如图4所示。



图4  输入密码截图

第三步：如果弹出一张尚未验证的证书，点击接受。此时界面会回到无线局域网连接的界面，且SSID “ruijie-802.1x”前面打个勾说明链接成功。                    

基于802.1x无感知认证确保上网安全的同时给我们用户提供了一种快速的接入，接入无线网络时只需要首次进行认证信息配置，后续用户只要进入无线信号覆盖范围内即可自动完成认证，大大提高用户的无线体验。非常适合在中小学校部署使用。学校网络管理员要做的是开通上网帐号，对上网帐号进行有效管理和控制。