CN1421798A

CN1421798A - 一种硬件型网络计费装置及其实现方法

Info

Publication number: CN1421798A
Application number: CN 01139759
Authority: CN
Inventors: 朱卫国; 王晓东; 邵忠岿; 喻海涛; 谌颐
Original assignee: BEIJING TSINGHUA DESHI NETWORK SAFETY TECHN Co Ltd
Current assignee: BEIJING TSINGHUA DESHI NETWORK SAFETY TECHN Co Ltd
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-04

Abstract

一种硬件型网络计费装置及其实现方法，涉及宽带网络自动计费技术。其特点是软硬件一体化，本发明主要包括计费网关、计费服务器、系统配置接口、系统管理接口、用户登陆服务器和管理服务器等六大部分，全部封装即硬件化，各个部分之间的数据加密传输，系统管理员利用RS－232串行接口，通过终端，以简单的命令完成对计费系统的控制、配置和操作，通过管理接口对系统帐户和资源进行管理。本发明可靠性高，通用性、安全性好，控制灵活，操作维护方便，易于扩展，解决了纯软件型计费系统安全性很差，操作不便，对系统管理员要求高等问题，适于各行业网络计费使用。

Description

一种硬件型网络计费装置及其实现方法

本发明涉及通用宽带网络自动计费技术。

背景技术

目前，国内网络计费系统产品繁多，所有计费系统全是软件型计费系统，多数计费系统只提供单一的计费功能和针对10M网络的计费。软件型操作系统存在着很多缺点：1)软件型计费系统的操作系统全部采用通用操作系统，其安全性主要决定于操作系统的安全性，而操作系统均做得很复杂，存在很多安全隐患，因此软件型计费系统的安全性很差。2)软件型计费系统运行在通用操作系统上，必然运行相关或无关的各种应用程序，因此可能给计费系统应用带来其它方面的影响。3)计费软件与操作系统紧密连接，如网络接口，因其管理不依赖于计费系统本身，故其它应用或应用管理可能会使网络接口不可用或崩溃，这要求系统管理员必须精通相关应用或业务。4)软件型计费系统的运行平台为各类商业级PC或服务器，为满足计费系统的不间断运行，要求用户购买高可靠性服务器。5)在升级方面，软件型计费系统相关事务处理的难度和复杂程度也很高。6)软件型计费系统处理紧急情况的能力不高，可能导致操作系统的不可用，而且系统的重新安装将需很长时间。

发明内容

针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供了一种硬件型网络计费装置及其实现方法，其安全性强、通用性好、可靠性高、成本低廉、控制灵活、操作维护方便、易于扩展。

本发明技术方案如下：

一种硬件型网络计费装置，包括系统电源、高速网络端口、系统基础平台、控制接口，其中系统基础平台包括机箱、主板、CPU、内存、网卡、存储器，其特征在于，还包括固化在系统基础平台上的计费网关、计费服务器、管理服务器、用户登陆服务器、系统配置接口、管理接口。

硬件型网络计费的实现方法步骤为：1)网络用户登录到用户登录服务器；2)用户登录服务器将用户登录信息传递给计费网关；3)计费网关从计费服务器的用户数据库中取出用户信息，对用户进行验证；4)计费网关将验证结果转发给计费服务器，如果是合法用户，则进入步骤5)，非法用户进入步骤7)；5)用户注册成功，用户可以出计费网关访问，同时计费网关记录该用户的流量信息，用户注销后，计费网关写流量日志；6)定时处理时间到，计费模块取网关端流量日志，根据要求的计费方式进行计费，并将计费结果写入计费服务器数据库中；7)非法用户，返回步骤1)。

利用系统配置接口，通过VT100终端完成对计费网关和计费服务器的控制、配置和操作。管理工作站通过管理接口连接管理服务器，完成用户管理、报表统计和主机管理。

其中的计费网关工作步骤为：1)用户通过用户登陆线程USER_LOGIN THREADS与内网卡NICO建立连接；2)初始化内外网卡接口；3)建立分别绑定在内、外网卡上的两个IP转发线程IP_FORWARD THREADS；4)建立检测用户是否在线的定时线程ARP_REPLY THREADS；5)建立接收计费服务器命令的网关管理线程；

其中的计费服务器包括用户数据库、宽带网计费服务器、拨号计费服务器、邮件计费服务器、代理计费服务器。

本发明采用硬件一体化集成设计，把计费网关、计费服务器等软件固化在系统基础平台上，与系统内核融为一体，使本发明无需依赖其它操作系统，也无需依赖其它的工作站和服务器，因此具有可靠性高、安全性能强、成本低廉、易于扩展的优点。计费服务器包括宽带网流量计费服务器、拨号计费服务器、邮件计费服务器、代理计费服务器，可以提供对时间、流量、邮件等多种计费方式，用户可根据实际需要选择，通用性好。用户信息、主机信息、传送过程中的信息都经过加密，加强了系统的安全性。系统管理员通过配置接口完成对计费网关和计费服务器的控制、配置和操作，控制方法简单、灵活。管理工作站可以通过管理接口完成主机管理、用户管理、报表统计，操作维护方便。机箱内设有散热装置、防干扰屏蔽装置以及机箱锁，解决了各部件的散热问题，同时为机内的敏感数据提供了最安全的保护。

附图说明

图1为本发明的计费系统信息传递图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的计费网关的流程图；

图4为本发明的计费网关中的IP转发线程流程图；

图5为本发明的计费网关中的定时线程流程图；

图6为本发明的计费网关中的网关管理进程流程图；

图7为宽带网流量计费服务器的流程图；

图8为本发明的拨号计费服务器实现原理图；

图9为本发明的拨号计费服务器中用户授权认证模块流程图；

图10为本发明的拨号计费服务器中计费模块流程图；

图11为本发明的邮件服务器实现原理图；

图12本发明的代理计费服务器实现原理图。

具体实施方式

参看图2，一种硬件型网络计费装置，包括系统电源10、高速网络端口11、系统基础平台12、控制接口13，其中系统基础平台12包括机箱、主板、CPU、内存、网卡、存储器，其特征在于，还包括固化在系统基础平台12上的计费网关1、计费服务器2、管理服务器9、用户登陆服务器3、系统配置接口4、管理接口8。在结构设计和大功率器件的布局方面利用风冷设计，如采用双风扇15，解决了机箱内各部件的散热问题。为了屏蔽内部串扰，安装金属罩分隔开印刷线路板的辐射元件。高频系统采用板极屏蔽方法，将整个系统采用薄金属板完全封装，全方位屏蔽电磁干扰。

参看图1，硬件型网络计费的实现方法按如下的步骤实现计费：1)网络用户5登录到用户登录服务器3；2)用户登录服务器3将用户登录信息传递给计费网关1；3)计费网关1从计费服务器2的用户数据库中取出用户相关信息，对用户进行验证；4)计费网关1将验证结杲转发给计费服务器2，如果是合法用户，则进入步骤5)，非法用户进入步骤7)；5)用户注册成功，用户可以出计费网关1访问，同时计费网关1记录该用户的流量信息，用户注销后，计费网关1写流量日志；6)定时处理时间到，计费服务器2取计费网关1端流量日志，根据要求的计费方式进行计费，并将计费结果写入计费服务器2数据库中；7)非法用户，返回步骤1)。系统管理员利用系统配置接口4，如RS-232，通过VT100终端6完成对计费网关1和计费服务器2的控制、配置和操作；管理工作站7通过管理接口8连接管理服务器9，完成用户管理、报表统计和主机管理。

参看图3，计费网关1的工作步骤为：1)用户通过用户登陆线程USER_LOGIN THREADS与内网卡NICO建立连接；2)初始化内外网卡接口；3)建立分别绑定在内、外网卡上的两个IP转发线程IP_FORWARD THREADS；4)建立检测用户是否在线的定时线程ARP_REPLY THREADS；5)建立接收计费服务器命令的网关管理线程。其中IP转发线程IP_FORWARD THREADS的规则检查包括计费和安全两部分内容，转发时检查IP包头信息中的IP-MAC地址对与预先设置的IP-MAC对是否匹配，因而可以阻断IP-MAC不匹配的主机与外界的通讯。在此基础上，IP地址还与用户关联。用户通过身份认证后才能使用需要缴费的服务。这种实现方法可以很好地防止IP地址盗用，并将用户使用的流量信息准确地记录到用户帐户上。

参看图4，转发线程IP_FORWARD THREADS的步骤为：1)读取本网卡上的信息包；2)判断该IP的地址是否注册，注册则到步骤3)，否则返回步骡1)；3)根据目的IP地址决定计费方式；4)记录流量，将流量信息写入记录文件中；5)把该IP包发送到另一网卡。

参看图5，定时线程ARP_EPLY THREADS的步骤为：1)睡眠一段时间；2)扫描在线用户IP列表；3)检测该用户是否有流量，有流量则跳到步骤1)，否则到步骤4)；4)注销该用户。

参看图6，网关管理线程的步骤为：1)建立SOCKET；2)侦听计费服务器管理通道命令；3)分析命令功能，包括列出在线用户，查看IP使用情况，强制某用户下线。

计费服务器2包括用户数据库、宽带网计费服务器、拨号计费服务器、邮件计费服务器、代理计费服务器。

参看图7，宽带网流量计费服务器的工作步骤为：1)接收用户注册或者注销请求；2)根据用户名与密码认证用户身份；3)如果是注册请求，到步骤4)，否则注销用户，并由计费网关记录流量信息；4)注册用户使用的IP地址；5)读取用户数据库，得到用户信息；6)定时向计费网关发送用户信息表；7)从计费网关取回用户流量信息记录文件；8)将流量信息记录文件写入用户数据库。

参看图8，拨入计费服务器采用的是最常用的RADIUS服务器，并对标准的RADIUS服务器作了相应的扩充和修改，增加了新的用户授权认证模块，并增加了新的计费模块，在用户拨入和断开时记录当前时间并与流量计费服务器进行通讯，同步记录该用户造成的流量。

参看图9，拨入计费服务器的用户授权认证模块工作步骤为：1)通过RADIUS用户认证和授权接口，获得用户的用户名和口令；2)根据数据库处理模块生成的用户表dial_user_tab，比较用户名和密码；3)用户名合法，到步骤4)，否则返回步骤1)；4)判断是否有拨号权限，若是则成功，否则返回步骡1)。

参看图10，拨入计费服务器的计费模块工作步骤为：1)访问服务器NAS接受用户的接入并发送计费开始的信息；2)记录该用户接入的时间和IP地址；3)调用通信函数在宽带网流量计费服务器上注册该用户和IP地址，用户被允许联网；4)用户断开拨号连接，访问服务器NAS发送计费结束信息；5)记录结束时间，计算在线时间，并调用通信函数从宽带网流量计费服务器上获取用户的IP流量，注销用户对该IP的使用。

参看图11，邮件计费服务器是对通用邮件服务器的修改和扩充，它使用邮件服务器程序Sendmail 19和邮局程序popper 18，但使用新的用户管理模块管理用户、使用新的邮箱结构以改进系统性能、并增加了计费模块实现对于邮件的计费。在实现上，主要修改邮件信息获取程序mail.local 16.插入以获取来信的源地址，识别邮件的长度及是否国外邮件，并将这些信息写到一个中间表mailmsgtab 17里的计费模块；修改邮局程序popper 18，插入在用户使用邮局程序popper 18取邮件时，将该邮件的信息从中间表mailmsgtab 17中取出来，连同用户的IP及取信时间一同写入计费日志文件mailfee.log 15，并将中间表mailmsgtab 17中相应条目清空的计费模块。这样，既获得了邮件的源地址，又获得了用户的本地IP。对于不受欢迎站点的来信，可以在邮件信息获取程序mail.local 16中将其源地址识别出来之后，退回发送者或者丢弃。对于欠费用户或不受欢迎的用户，可以在用户通过邮局程序popper 18获取邮件时拒绝用户的请求。通过对邮件服务器程序Sendmail 19和邮局程序Popper 18的修改和综合处理，实现了对于用户访问邮件的计费、管理和控制。

参看图12，代理服务器具有防火墙的作用，如果一个用户端的浏览器把Proxy设为一个有Proxy设置的服务器，那么这个浏览器所发出的请求就都会先送到这台代理服务器，然后再由这台服务器把请求送出去。当代理服务器收到来自浏览器请求时，会先在自己的硬盘中找一下，看硬盘有没有这些资料？如果有的话，就直接把这些资料送给浏览器端；如果没有的话，才真正向外面送出一个请求，把真正的资料抓回来，代理服务器自已先储存一份，再传送给浏览器。代理服务器提供了详细的日志记录.详细地记录了所有网络用户每次请求信息，包括用户帐号、访问日期、时间、目标计算机域名、目标计算机IP地址、发送字节数、接收字节等。通过对日志记录文件的分析，可以得到非常详细的基于用户帐号的流量数据，对应标准收费率，可以得到各用户的流量费用。代理计费服务器的计费模块包括收费规则维护模块、数据采集模块、计费数据库、计费处理模块、数据查询模块；收费规则维护模块分别控制数据采集模块和计费处理模块，计费管理的核心是计费数据库，它是其它模块的数据源和数据目的。数据采集模块就是分析代理服务器的日志文件，从中提取有效数据，储存到数据库中；计费处理模块则根据收费规则，对数据库中的数据进行计费处理；数据查询模块则利用WWW的Web页面，给网络查询者提供网络流量和费用信息。

为了加强系统的安全性，计费系统的计费服务器2和计费网关1之间部分信息传送采用加密传送和存放；数据库中的用户密码、主机信息等采用密文存储，即用户信息、主机信息、以及传送过程中的信息都经过专用程序加密。

Claims

1.一种硬件型网络计费装置，包括机箱、系统电源(10)、高速网络端口(11)、系统基础平台(12)、控制接口(13)，其中系统基础平台(12)包括主板、CPU、内存、网卡、存储器，其特征在于，所述系统基础平台(12)上还固化有计费网关(1)、计费服务器(2)、管理服务器(9)、用户登陆服务器(3)、系统配置接口(4)、管理接口(8)。

2.根据权利要求1所述的硬件型网络计费装置，其特征在于：所述机箱内还设有散热装置、防干扰屏蔽装置。

3.一种硬件型网络计费的实现方法，其特征在于，按如下的步骤实现计费：1)网络用户(5)登录到用户登录服务器(3)；2)用户登录服务器(3)将用户登录信息传递给计费网关(1)；3)计费网关(1)从计费服务器(2)的用户数据库中取出用户信息，对用户进行验证；4)计费网关(1)将验证结果转发给计费服务器(2)，如果是合法用户，则进入步骤5)，非法用户进入步骤7)；5)用户注册成功，用户可以出计费网关(1)访问，同时计费网关(1)记录该用户的流量信息，用户注销后，计费网关(1)写流量日志；6)定时处理时间到，计费服务器(2)取计费网关(1)端流量日志，根据要求的计费方式进行计费，并将计费结果写入计费服务器(2)数据库中；7)非法用户，返回步骤1)；

利用系统配置接口(4)，VT100终端(6)完成对计费网关(1)和计费服务器(2)的控制、配置和操作；

管理工作站(7)通过管理接口(8)连接管理服务器(9)，完成用户管理、报表统计和主机管理。

4.根据权利要求3所述的硬件型网络计费的实现方法，其特征在于，所述的计费网关(1)的工作步骤为：1)用户通过用户登陆线程USER_LOGINTHREADS与内网卡NICO建立连接；2)初始化内外网卡接口；3)建立分别绑定在内、外网卡上的两个IP转发线程IP_FORWARD THREADS；4)建立检测用户是否在线的定时线程ARP_REPLY THREADS；5)建立接收计费服务器命令的网关管理线程；

5.根据权利要求4所述的硬件型网络计费的实现方法，其特征在于，所述的转发线程IP_FORWARD THREADS的步骤为：1)读取本网卡上的信息包；2)判断该IP的地址是否注册，注册则到步骤3)，否则返回步骤1)；3)根据目的IP地址决定计费方式；4)记录流量，将流量信息写入记录文件中；5)把该IP包发送到另一网卡；

所述的定时线程ARP_REPLY THREADS的步骤为：1)睡眠一段时间；2)扫描在线用户IP列表；3)检测该用户是否有流量，有流量则跳到步骤1)，否则到步骤4)；4)注销该用户；

所述的网关管理线程的步骤为：1)建立SOCKET；2)侦听计费服务器管理通道命令；3)分析命令功能，包括列出在线用户，查看IP使用情况，强制某用户下线。

6.根据权利要求3所述的硬件型网络计费的实现方法，其特征在于，所述的计费服务器(2)包括用户数据库、宽带网计费服务器、拨号计费服务器、邮件计费服务器、代理计费服务器。

7.根据权利要求6所述的硬件型网络计费的实现方法，其特征在于，所述的宽带网流量计费服务器的工作步骤为：1)接收用户注册或者注销请求；2)根据用户名与密码认证用户身份；3)如果是注册请求，到步骤4)，否则注销用户，并由计费网关记录流量信息；4)注册用户使用的IP地址；5)读取用户数据库，得到用户信息；6)定时向计费网关发送用户信息表；7)从计费网关取回用户流量信息记录文件；8)将流量信息记录文件写入用户数据库；

8.根据权利要求6所述的硬件型网络计费的实现方法，其特征在于，所述的拨号计费服务器为增加了用户授权认证模块和计费模块的RADIUS服务器；所述用户授权认证模块工作步骤为：1)通过RADIUS用户认证和授权接口，获得用户的用户名和口令；2)根据数据库处理模块生成的用户表dial_user_tab，比较用户名和密码；3)用户名合法，到步骤4)，否则返回步骤1)；4)判断是否有拨号权限，若是返回成功，否则返回步骤1)；所述的计费模块工作步骤为：1)访问服务器NAS接受用户的接入并发送计费开始的信息；2)记录该用户接入的时间和IP地址；3)调用通信函数在宽带网流量计费服务器上注册该用户和IP地址，用户被允许联网；4)用户断开拨号连接，访问服务器NAS发送计费结束信息；5)记录结束时间，计算在线时间，并调用通信函数从宽带网流量计费服务器上获取用户的IP流量，注销用户对该IP的使用；

9.根据权利要求6所述的硬件型网络计费的实现方法，其特征在于，所述的邮件计费服务器是对通用邮件服务器的修改，修改邮件信息获取程序mail.local(16)，插入获取来信的源地址，邮件长度及是否国外邮件并把这些信息写到一个中间表mailmsgtab(17)中的计费模块；同时修改邮局程序popper(18)，插入把取信用户的IP、取信时间及中间表mailmsgtab(17)中的信息写入日志文件mailfee.log(15)，并清空中间表mailmsgtab(17)的计费模块；

10.根据权利要求6所述的硬件型网络计费的实现方法，其特征在于，所述代理计费服务器包括收费规则维护模块、数据采集模块、计费数据库、计费处理模块、数据查询模块；收费规则维护模块分别控制数据采集模块和计费处理模块，数据采集模块从代理服务器日志文件中提取有效数据存入计费数据库，计费处理模块对计费数据库中数据进行计费处理，数据查询通过计费数据库提供网络流量和费用信息。

11.根据权利要求3所述的硬件型网络计费的实现方法，其特征在于，所述的用户信息、以及传送过程中的信息经过加密。