基于MVC架构的Struts框架实现校园网认证计费体系系统

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- 1 -基于MVC架构的Struts框架实现校园网认证计费体

系系统

刘祥颖

天津工业大学计算机技术与自动化学院，天津（300160）

E-mail：liuxiangying@tjpu.edu.cn

摘 要：本文针对当前校园网认证计费体系出现的网络安全与性能问题，提出了先进的

802.1x + Radius认证计费体系方案，采用基于MVC架构的Struts框架结构编程，实现了控

制器、视图和模型层的完全分离，易于修改，便于维护，具有良好的可扩展性。

关键词：MVC，Struts，Radius，802.1x协议，身份认证

1．引言

随着校园网的规模的扩大，缺乏合理的管理模式，缺乏灵活的计费策略，网络的安全

性及稳定性得不到保障等问题也逐渐暴露并显现出其严重性。因此，如何对网络中的各种资

源进行有效的管理和分配，已经成为高校校园网络管理者的一个重要课题。

本文结合MVC架构中基于J2EE的Struts模式，设计并实现了基于802.1x的校园网认

证及计费管理系统的解决方案。本系统采用802.1x + Radius认证计费体系方案，对用户身

份进行认证；使用Radius服务器实时采集数据，制定了灵活的计费策略对用户进行计费；

校园网络计费管理系统和用户自服务子系统，全面解决了上网用户身份认证、授权、上网时

间/流量计费、收费结算与费用查询、接入管理等宽带校园网络应用过程中面临的核心问题。

本文实现的校园网认证计费方案，与J2EE Struts架构进行了优化整合，实现了身份认

证系统、后台计费主系统和计费前端管理系统等主要功能。

2．系统设计方案

针对校园网建设的目前需求和以往认证及计费系统的弊端，本文开发和设计出基于

802.lx的认证及计费管理系统。该系统采用802.1x + Radius认证计费体系方案，对用户身份

进行认证；使用Radius服务器实时采集数据，制定了灵活的计费策略对用户进行计费；并

结合MVC架构中的基于J2EE的Struts模式设计的校园网络计费管理系统和用户自服务子

系统，全面解决了上网用户身份认证、授权、上网时间/流量计费、收费结算与费用查询、

接入管理等宽带校园网络应用过程中面临的核心问题。

2.1 802.1x认证协议

802.1x协议是基于Client/Server的访问控制和认证协议，它作为二层协议，不需要到

达三层，对设备的整体性能要求不高，可以有效降低建网成本；借用了在RAS系统中常用

的EAP（扩展认证协议），可以提供良好的扩展性和适应性，实现对传统PPP认证架构的

兼容；802.1x的认证体系结构中采用了“可控端口”和“不可控端口”的逻辑功能，从而可以实

现业务与认证的分离。由Radius和交换机利用不可控的逻辑端口共同完成对用户的认证与

控制，业务报文直接承载在正常的二层报文上通过可控端口进行交换，通过认证之后的数据

包是无需封装的纯数据包；可以使用现有的后台认证系统降低部署的成本，并有丰富的业务

支持；可以映射不同的用户认证等级到不同的VLANL；可以使交换端口和无线LAN具有http://www.paper.edu.cn

- 2 -安全的认证接入功能。

802.1x协议作为一种基于端口的网络接入控制技术，只关注LAN端口的开关，通过认

证时，LAN端口打开，否则端口处于关闭状态。认证的结果仅仅是LAN端口状态的改变，

不涉及传统认证技术必须考虑的IP地址协商与分配问题。因此，802.1x也是目前各种认证

技术中最易实现的一种解决方案之一。[1]

2.2 Radius认证

Radius（Remote Authorization Dial In User Service）是一个应用广泛的标准，用于对网

络用户的身份验证。它能提供安全性、身份认证和计费管理，提供对AAA的支持，即

Authentication（认证）、Authorization（授权）和Accounting（计费）。Radius计费为存储

的登录网络用户会话中搜集到的计费数据提供了可编程的接口。采用客户机/服务器模型，

其中客户机是网络访问服务器（Network Access Server，NAS），服务器是接收并存储来自

一个或多个NAS的计费数据的进程。他们之间的通信协议利用简单的Account-Request（账

户请求）包实现客户机到服务器的数据通信，利用Account-Response（账户应答）包作为回

应，表示数据已成功接收。

Radius计费采用可扩展的代码/长度/值的格式传输计费数据。协议只需选用新的代码，

就能够增加新的属性。据估计，未来厂商的Radius实现中将增加针对服务的数据类型，例

如：使用特定COS发送的数据，特定响应时间发送的数据以及其他策略信息，随着时间的

推移，这些数据类型可能成为标准代码。

2.3 系统设计框架

本系统采用802.1x + Radius认证计费体系方案。各子网内的用户通过运行客户端软件

输入用户名和密码，系统自动将该信息经由NAS（Network Access Server）传送至Radius

Server进行认证，身份验证通过后，由DHCP服务器给用户分配合法的IP地址（也可分配

固定IP），允许其使用整个网络资源，如果验证未能通过，用户只能在子网内进行通信。

通过安全登录、认证，用户才能取得合法的IP地址，用户的IP地址与用户的账号唯一对应，

通过网络管理软件，对用户使用网络的情况进行监控，有效地防止了IP地址盗用和非法用

户使用网络，保障了网络的安全。校园网认证及计费管理系统网络构架如图1所示：

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防火墙

radius服务器路由器

核心交换机

汇聚交换机mysql数据库

图1 校园网认证及计费管理系统网络构架

用户通过客户端连接交换机，交换机将用户请求信息通过非受控端口发送至Radius服

务器，进行身份认证，身份认证通过则打开交换机一个逻辑端口的受控端口，并利用受控端

口通信。交换机实时将流量和时间等信息传至Radius服务器，作为计费的原始数据。

3. MVC架构和Struts框架介绍

本系统采用基于MVC架构的Struts框架结构编程，为系统提供了一个友好的用户界面，

具有易于扩展和扩充，易于操作和管理等优点。

3.1 MVC的结构

MVC是Model-View-Controller的简称[2]，即把一个应用的输入、处理、输出流程按照

Model、View、Controller的方式进行分离。这样一个应用被分成模型、视图和控制器三部

分。模型层表示数据和业务逻辑，视图层提供数据显示和用户输入，控制层负责派遣用户请

求和控制流程。图2显示了这几个模块各自的功能以及它们的相互关系：

应用MVC可以使多个视图能共享一个模型，同一个Web应用程序会提供多种用户界面，

业务逻辑和表示层分离，同一个模型可以被不同的视图重用，大大提高了代码的可重用性。

此外，控制器提高了应用程序的灵活性和可配置性。

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图2 MVC设计模式

3.2 Struts框架

Struts按照MVC模式的思想，提供了一种创建Web应用程序的框架。其中对应用程序

的用户界面表示和数据的后端逻辑处理代码进行了抽象，整合了Servlets和JSP在Web应

用开发上的优势以建立灵活，扩展性强，复用程度高的应用系统。Struts是一个“Web应用

框架”，实现了MVC设计模式，它同时包含了丰富的标记库和独立于该框架工作的实用程

序类，可以大大简化J2EE的Web应用开发。Struts的工作原理如图3所示：

图3 Struts的工作原理

4. 系统功能设计

4.1 计费系统软件结构 http://www.paper.edu.cn

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图4 校园网计费系统软件结构图

在完成用户身份认证后，启用访问费用判断模块来判断用户是否具有足够金额访问网络

（账户金额>0），可根据实际情况断开或者保持用户的网络连接(通过控制受控端口的状态)。

在服务器强制断开用户网络连接或者用户主动断开网络连接时，用户此次使用网络的流量、

使用时间等信息自动写入数据库中。定时启动计费策略模块，计算出用户在定时范围内的网

络通信费用，修改数据库中的账户余额。

4.2 计费前端管理系统软件体系结构

计费管理系统层次结构图如图5所示：

图5 计费管理系统层次结构图

本认证及计费管理系统主要功能包括：

1. 身份认证系统：在校园网中实施基于802.1x + Radius的认证系统。用户输入用户名和 http://www.paper.edu.cn

- 6 -密码，报文送达交换机端口，此时交换机相应端口对于此用户来说是非授权状态，报文打上

相应端口的PVID，然后根据用户名所带域名送到相应域中进行认证，如果该域配置了radius

认证方式，那么交换机就把该报文转为radius报文送给相应的认证和计费服务器，认证和计

费服务器如果存在相应的用户名和密码，就返回认证成功消息给交换机，此时端口对此用户

变为授权状态，如果用户名不存在或者密码错误等，就返回认证不成功消息给交换机，端口

仍然为非授权状态。

2. 后台计费主系统：用于数据库中的计费信息进行统计汇总，并按照预先定义的计算规则

进行费用计算，生成计费账单，扣除用户预交费用等。

3. 计费前端管理系统：包括用户组的管理、用户的管理、计费策略管理、缴费管理、网络

查询管理、用户权限管理。用户自服务模块提供界面供用户直接查询流水、账单以及修改用

户信息等功能。

4.3 数据库总体设计

对于目前的网络来说，由于网络上的设备主要有交换设备和路由器，因此计费数据可从

交换设备和路由器上获得，实际上，该两种设备已经包含了计费所需的信息。在本解决方案

中，数据的采集可通过Radius协议直接把接入交换机上的数据读入认证服务器中。Radius

会自动在mysql数据库中创建表，这几个表表名如下[3]：nas，radacct，radcheck ，radgroupcheck，

radgroupreply，radreply ，radpostauth，usergroup，详情见图6所示：

图6 Radius认证计费数据表结构

5. 系统功能的实现

5.1 认证模块的实现

在网络最低端的接入层采用具有802.1x技术的交换机来达到对端口控制的目的。本系

统选择了Linux操作系统（RedHat Linux 7.2）作为服务器的平台。作为解决方案的核心，