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告诉聊友TACACS+技术
1 TACACS+概述
1.1 什么是TACACS+
TACACS+（Terminal Access Controller Access Control System，终端访问控制器控制系统协议）是在TACACS协议的基础上进行了功能增强的安全协议。该协议与RADIUS协议的功能类似，采用客户端/服务器模式实现NAS与TACACS+服务器之间的通信。
1.2 TACACS+的用途
TACACS+协议主要用于PPP和VPDN（Virtual Private Dial-up Network，虚拟私有拨号网络）接入用户及终端用户的AAA。
AAA是Authentication、Authorization、Accounting（认证、授权、计费）的简称，是网络安全的一种管理机制，提供了认证、授权、计费三种安全功能。
认证：确认访问网络的远程用户的身份，判断访问者是否为合法的网络用户。
授权：对不同用户赋予不同的权限，限制用户可以使用的服务。例如用户成功登录服务器后，管理员可以授权用户对服务器中的文件进行访问和打印操作。
计费：记录用户使用网络服务中的所有操作，包括使用的服务类型、起始时间、数据流量等，它不仅是一种计费手段，也对网络安全起到了监视作用。
AAA一般采用客户机/服务器结构，客户端运行于NAS（Network Access Server，网络接入服务器）上，服务器上则集中管理用户信息。NAS对于用户来讲是服务器端，对于服务器来说是客户端。AAA的基本组网结构如下图：
当用户想要通过某网络与NAS建立连接，从而获得访问其它网络的权利或取得某些网络资源的权利时，NAS起到了验证用户的作用。NAS负责把用户的认证、授权、计费信息透传给服务器（RADIUS服务器或HWTACACS服务器），RADIUS协议或HWTACACS协议规定了NAS与服务器之间如何传递用户信息。
图1-1的AAA基本组网结构中有两台服务器，用户可以根据实际组网需求来决定认证、授权、计费功能分别由使用哪种协议类型的服务器来承担。例如，可以选择HWTACACS服务器实现认证和授权，RADIUS服务器实现计费。
当然，用户也可以只使用AAA提供的一种或两种安全服务。例如，公司仅仅想让员工在访问某些特定资源的时候进行身份认证，那么网络管理员只要配置认证服务器就可以了。但是若希望对员工使用网络的情况进行记录，那么还需要配置计费服务器。
TACACS+的典型应用是对需要登录到设备上进行操作的终端用户进行认证、授权、计费。设备作为TACACS+的客户端，将用户名和密码发给TACACS+服务器进行验证。用户验证通过并得到授权之后可以登录到设备上进行操作。
2 TACACS+和RADIUS的比较
从上面的描述来看，TACACS+和目前被广泛使用的RADIUS很相似，那么他们有什么区别和联系呢？下面这个表格可以说明这个问题：
TACACS+协议 | RADIUS协议 |
使用TCP，网络传输更可靠 | 使用UDP，网络传输效率更高 |
除了TACACS+报文头，对报文主体全部进行加密 | 只对验证报文中的密码字段进行加密 |
协议报文较为复杂，认证和授权分离，使得认证、授权服务可以分离在不同的安全服务器上实现。例如，可以用一个TACACS+服务器进行认证，另外一个TACACS+服务器进行授权 | 协议报文比较简单，认证和授权结合，难以分离 |
支持对设备的配置命令进行授权使用。用户可使用的命令行受到用户级别和AAA授权的双重限制，某一级别的用户输入的每一条命令都需要通过TACACS+服务器授权，如果授权通过，命令就可以被执行 | 不支持对设备的配置命令进行授权使用 用户登录设备后可以使用的命令行由用户级别决定，用户只能使用缺省级别等于/低于用户级别的命令行 |
3 TACACS+的基本原理
3.1 TACACS+的基本消息交互流程
下图是TACACS+协议的基本信息交互流程：
以Telnet用户认证过程为例，基本消息交互流程如下：
(1) Telnet用户请求登录设备。
(2) TACACS+客户端收到请求之后，向TACACS+服务器发送认证开始报文。
(3) TACACS+服务器发送认证回应报文，请求用户名。
(4) TACACS+客户端收到回应报文后，向用户询问用户名。
(5) 用户输入用户名。
(6) TACACS+客户端收到用户名后，向TACACS+服务器发送认证持续报文，其中包括了用户名。
(7) TACACS+服务器发送认证回应报文，请求登录密码。
(8) TACACS+客户端收到回应报文，向用户询问登录密码。
(9) 用户输入密码。
(10) TACACS+客户端收到登录密码后，向TACACS+服务器发送认证持续报文，其中包括了登录密码。
(11) TACACS+服务器发送认证回应报文，指示用户通过认证。
(12) TACACS+客户端向TACACS+服务器发送授权请求报文。
(13) TACACS+服务器发送授权回应报文，指示用户通过授权。
(14) TACACS+客户端收到授权回应成功报文，向用户输出设备的配置界面。
(15) TACACS+客户端向TACACS+服务器发送计费开始报文。
(16) TACACS+服务器发送计费回应报文，指示计费开始报文已经收到。
(17) 用户请求断开连接。
(18) TACACS+客户端向TACACS+服务器发送计费结束报文。
(19) TACACS+服务器发送计费结束报文，指示计费结束报文已经收到。
4 TACACS+的报文结构和具体工作过程
4.1 TACACS+的报文类型
TACACS+共有7种类型的消息：
1、Authentication_START
2、Authentication_CONTIUNE
3、Authentication_REPLY
4、Authorization_REQUEST
5、Authorization_RESPONSE
6、Accounting_REQUEST
7、Accounting_REPLY
4.2 TACACS+包头
所有的TACACS+数据包都使用12字节长的包头，结构如下：
图2 TACACS+包头（实例）
下面对各个字段分别进行说明：
Major version的取值为0x0C
Minor version一般为0，一些特殊场景取值为1，本文后面会有说明
Type为1表示认证，2表示授权，3表示计费
Seq_no，序列号，从1开始，随报文交互递增
Flags，用来表示一些特殊条件，比如不加密（0x01），支持单连接多会话（0x04）等
Session_id为TACACS+会话的ID，是个随机数。
Length为TACACS+报文除头部之外的长度
4.3 TACACS+数据包的加密
TACACS+支持除包头之外所有信息的加密，加密方法如下：
1、将session_id、secret key, 版本号和sequence number一起进行MD5运算（其中secret key 为TACACS客户端和服务器之间的共享秘密），计算结果为MD5_1
2、后续的MD5运算将上次MD5运算的结果也纳入运算范围，如下：
MD5_1 = MD5{session_id, key, version, seq_no}
MD5_2 = MD5{session_id, key, version, seq_no, MD5_1}
....
MD5_n = MD5{session_id, key, version, seq_no, MD5_n-1}
3、将所有的运算结果连接起来，直到总长度大于需要加密的数据的长度，然后截断到实际数据的长度，得到pseudo_pad：
pseudo_pad = {MD5_1 [,MD5_2 [ ... ,MD5_n]]} truncated to len(data)
4、随后将需要加密的数据和上面的pseudo_pad进行XOR运算，得到密文：
ENCRYPTED {data} == data ^ pseudo_pad
由于TACACS+对整个数据包进行加密，私密性要好于RADIUS，窃听者无法根据报文的内容来猜测网络的配置和用户的身份。
4.4 Authentication 消息
Authentication 消息包括三种类型：START、CONTINUE和REPLY。
4.4.1 Authentication Start
认证开始时，客户端发送START消息，START消息中包括认证类型，同时可能包括用户名和一些认证数据。
START消息一般来说是认证过程的第一个数据包，其seq_no总是1。
如果收到RESTART消息，客户端需要发送START消息重新开始认证（使用一个新的会话）。
Server发送REPLY消息来回应START消息，表示认证结束或者仍需要继续。
Action字段表示具体的认证操作，如认证请求、上传密码等等。
priv_lvl字段表示用户的权限级别。
authen_type字段表示认证的类型，如PAP、CHAP等。
Service字段表示服务类型。
user字段表示用户名，该字段不一定在START消息中存在。
port字段表示客户端上发生认证行为的端口，具体取值客户端可以自行定义，没有明确的要求。
rem_addr字段表示用户的地址信息，属于可选字段，一般使用客户端IP地址、ISDN Caller ID等填充。
data字段用于针对action和authen_type字段的值来传递一些信息。
4.4.2 Authentication Reply
REPLY消息是TACACS+服务器向客户端发送的唯一一种Authentication 消息，用于向客户端反馈当前认证的状态。
Status字段表示认证的状态。
flags字段用于控制客户端是否将用户输入的密码回显，如果该标志位置1，用户输入的密码不会回显。
server_msg字段为可选字段，用于服务器将一些附加信息带给用户。
data字段用于向客户端（NAS）提供一些信息。
4.4.3 Authentication Continue
客户端收到REPLY消息后，如果确认认证过程没有结束，使用CONTINUE消息应答。
user_msg字段用于回应REPLY消息中的server_msg字段，向服务器提供客户端或用户的一些信息
flags字段用于中断认证过程
4.5 TACACS+认证过程
TACACS+认证的工作过程取决于START消息中的action和authen_type字段的取值。
不同的action和authen_type字段的组合需要配合不同的priv_lvl、service、port和rem_addr字段，实现不同的业务。
TACACS+协议中目前描述了13个action和authen_type字段的组合，这里列出几个比较常见的组合：
4.5.1 Enable Requests
Enable Requests通常用于提升当前用户的级别的场合，比如Linux系统的su命令，Comware的super命令等，认证过程和后面马上要讲到的Inbound ASCII Login很相似
Action = TAC_PLUS_AUTHEN_LOGIN
priv_lvl = implementation dependent
authen_type = not used
service = TAC_PLUS_AUTHEN_SVC_ENABLE
4.5.2 Inbound ASCII Login
管理用户login的场景，非常常见，该场景下START消息可以携带用户名，整个交互过程包括一个START，中间可能存在一对或多对CONTINUE/REPLY，最后以一个REPLY结束
action = TAC_PLUS_AUTHEN_LOGIN
authen_type = TAC_PLUS_AUTHEN_TYPE_ASCII
4.5.3 Inbound CHAP login
CHAP认证，最常见的是PPP认证的场景，整个交互过程包括一个START和一个REPLY消息，START消息中必须包含用户名。
Action = TAC_PLUS_AUTHEN_LOGIN
authen_type = TAC_PLUS_AUTHEN_TYPE_CHAP
minor_version = 0x1
4.5.4 具体认证过程
如下是Comwarev5平台Telnet用户使用HWTACACS认证过程：
AUTHEN_REQUEST ------------->
<------------- AUTHEN_REPLY（status:AUTHEN_STATUS_GETPASS）
AUTHEN_CONTINUE（with password） ------------->
<------------- AUTHEN_REPLY（status:AUTHEN_STATUS_PASS）
4.5.5 认证过程的中止
客户端可以通过在CONTINUE消息中携带一个TAC_PLUS_CONTINUE_FLAG_ABORT标志位来中止正在进行的认证过程，同时可以在data字段携带中止认证的原因。该CONTINUE消息不需要REPLY消息的回应。
4.6 Authorization消息
Authorization 消息包括两种类型：REQUEST和RESPONSE。
4.6.1 Authorization Request
Authorization Request消息的机构比较复杂，如下：
Authorization Request消息中包括了授权所需的一切信息，这些信息分为两类，一类是必选的，另一类是可选的。
其中，authen_method字段表示授权的方式，TACACS+的认证和授权是分离的，用户可以使用TACACS+认证而使用其它协议进行授权。
priv_lvl字段、authen_type字段、authen_service字段、port字段、rem_addr字段的含义和authentication消息中的相应字段一样。
user字段表示用户名。
arg_cnt字段表示REQUEST消息中携带的argument的数量， argument是一个AVP的结构，其中attribute和value之间使用等号（=）或星号（*）连接，当使用等号连接时表示该AVP是必选的，使用星号连接时表示该AVP是可选的。
AVP的类型很多，这里就不一一列举了。
4.6.2 Authorization Response
Authorization Response消息的结构如下：
Response消息中包括了授权的结果和一些其它的参数
status字段表示授权的结果和权限的操作方式
server_msg字段是服务器给用户的提示信息。
data字段是服务器提供给管理员的信息。
arg_cnt字段表示RESPONSE消息中携带的argument的数量，argument的格式和REQUEST消息中相同。
4.7 具体授权过程
4.7.1 Comwarev5设备使用HWTACACS认证/授权
AUTHOR_REQUEST ------------->
<------------- AUTHOR_REPLY（status:AUTHOR_STATUS_PASS_ADD）
4.8 Accounting消息
Accounting消息包括两种类型：REQUEST和REPLY。
4.8.1 Accounting Request
Accounting Request消息的结构如下：
Accounting Request消息中包括了计费所需的信息。
flags字段表示计费报文的类型，包括计费开始。计费停止和实时计费。
其它字段的含义和与authorization和authentication中对应字段的含义一致，这里不再赘述。
Accounting REQUEST消息中也可以携带很多AVP形式的参数，参数的数量很多，这里就不一一列举了。
data字段是服务器提供给管理员的信息。
4.8.2 Accounting Reply
Accounting Reply消息的结构如下：
其中status字段表示计费的状态，标志计费是否成功。
server_msg字段表示服务器发给用户的信息，由客户端来决定是否显示给用户。
4.9 具体计费过程
4.9.1 Comwarev5设备使用HWTACACS进行PPP用户计费
下面是Comwarev5设备使用HWTACACS进行PPP用户计费的过程，包括计费开始，计费持续和计费停止的全过程。
ACCOUNTING_REQUEST（flag:ACCT_FLAG_START ------------->
<------------- ACCOUNTING_REPLY（status:ACCT_STATUS_SUCCESS）
ACCOUNTING_REQUEST（flag:ACCT_FLAG_WATCHDOG） ------------->
<------------- ACCOUNTING_REPLY（status:ACCT_STATUS_SUCCESS）
ACCOUNTING_REQUEST（flag:ACCT_FLAG_STOP） ------------->
<------------- ACCOUNTING_REPLY（status:ACCT_STATUS_SUCCESS）
4.10 TACACS+的附加功能
除了正常的AAA功能外，为确保功能实现的冗余和实时计费准确性等等，很多TACACS+实现都包括下面的内容：
1、计费停止报文的缓存和重传机制；
2、认证、授权、计费服务器的主备切换功能。
4.11 Tacacs in Comware（以V5为例）
Comware v5的HWTACACS功能基本上实现了TACACS+所规定的功能：
#
hwtacacs scheme tacacs
primary authentication 101.3.201.1
primary authorization 101.3.201.1
primary accounting 101.3.201.1
key authentication h3c
key authorization h3c
key accounting h3c
timer realtime-accounting 3
user-name-format without-domain
#