1 開源專案概述

Asterisk是一個開源的軟體包，通常執行在Linux作業系統平臺上。Asterisk可以用三種協議來實現VoIP，同時可以與目前電話使用的標準硬體進行互動通訊，Asterisk在實現VoIP時，不需要任何附加硬體，本文所採用的也是這種使用方式。但是，如果企業沒有與VoIP語音閘道器運營商建立合作關係，想要自己構建這樣的一個平臺，那麼要和數字電話裝置與模擬電話裝置進行互動通訊，Asterisk需要一個PCI硬體的支援，這個硬體生產商中最著名的是Digium平臺提供的。

Asterisk 的結構基本上是十分簡單，但是它不同於大多數的電話產品。基本上，Asterisk擔任的是一箇中間件的功能，它連線了底層的電話技術和上層的電話應用。所以，Asterisk

圖1 Asterisk結構圖

2Asterisk二次開發概述

Asterisk是一個開源的PBX架構；但它並不是一個成品。通常情況下，由於企業應用的多樣性，很難有一個成型的PBX產品可以滿足企業的各種需求。傳統的PBX成品，要麼功能和靈活性不足，要麼配置和維護複雜；而且都具有一個致命的缺點，那就是開放性、可擴充套件性。

 Asterisk具有傳統PBX無法比擬的優點，那就是其靈活性，可擴充套件能力；Asterisk的擴充套件能力是通過開放相應的架構和介面來實現的。這就意味著Asterisk是一個元件而不是一個成型的產品，Asterisk的核心提供了一個基本的可執行環境，而外圍相應的能力則可以通過載入和配置相關的外掛和模組來實現。

Asterisk是一個開源的PBX架構；但它並不是一個成品。Asterisk的擴充套件能力是通過開放相應的架構和介面來實現的。這就意味著Asterisk是一個元件而不是一個成型的產品，Asterisk的核心提供了一個基本的可執行環境，而外圍相應的能力則可以通過載入和配置相關的外掛和模組來實現。

因此，使用Asterisk，一定會面臨二次開發問題，這些二次開發主要圍繞以下幾個方面：

（1）內部核心模組

①開發擴充套件編解碼能力模組

②開發擴充套件相應的通道模組

（2）外圍動態可載入模組

①開發應用部分

②開發外圍管理部分

一般來說，Asterisk使用者很少需要去開發編解碼能力模組和通道模組等內部核心模組；而需要開發最多的情況則是外圍動態可載入模組，即外圍管理部分和應用開發，本文也是指這些方面的開發。

3Asterisk通道模型與呼叫流程

3.1 什麼是asterisk通道？

Asterisk通道是指通過asterisk建立起來的一路通話。這類通話都包含一個incoming連線和一個outbound連線。每個電話都是通過一種通道驅動程式建立起來的，比如SIP,ZAP,IAX2等等。每一類的通道驅動，都擁有自己私有的通道資料結構，這些私有的結構從屬於一個通用的Asterisk通道資料結構中，具體定義在channel.h和channel.c中。

3.2 基本的呼叫流程

Asterisk PBX呼叫流程如圖3所示。

（1）通過Asterisk的一個電話呼叫在一個通道驅動介面上到達，如SIP Socket。

（2）通道驅動在該通道上建立一個PBX通道並啟動一個pbx執行緒

（3）撥號方案被執行，撥號方案在一些地方通過dial應用(檢視app_dial.c)

強制Asterisk建立一個撥出呼叫，一旦撥出，Asterisk會有以下兩個動作將發生。

（1）Dial建立一個撥出的PBX通道並請求一種通道驅動建立一個呼叫

（2）當呼叫被應答時，Asterisk橋接媒體流，於是在第一個通道上的主叫可以和在第

二個通道也就是撥出通道上的被叫通話。

                                     圖3 Asterisk PBX呼叫流程

4 RADIUS協議的概述

（1）Radius協議在協議棧中的位置

Radius是一種流行的AAA協議，同時其採用的是UDP協議傳輸模式，AAA協議在協議棧中位置如圖3所示。

圖3 Radius協議在協議棧中的位置

（2）Radius協議選擇UDP作為傳輸層協議

①NAS和Radius伺服器之間傳遞的是幾十上百個位元組長度的資料，且Radius要求特別的定時器管理機制，使用者可以容忍幾十秒的驗證等待時間。

②當處理大量使用者,伺服器端採用多執行緒，UDP簡化了伺服器端的實現過程。

③TCP是必須成功建立連線後才能進行資料傳輸的，這種方式在有大量使用者使用的情況下實時性不好。Radius要有重傳機制和備用伺服器機制，它所採用的定時，TCP不能很好的滿足。由於資料包可能會在網路上丟失，如果客戶沒有收到響應，那麼可以重新發送該請求包。多次傳送之後如果仍然收不到響應，RADIUS客戶可以向備用的RADIUS伺服器傳送請求包。

④Radius依靠自身協議保證報文重傳和伺服器備份機制以確保計費可靠性。

5 認證計費功能概述

IP-PBX呼叫控制功能，主要是VoIP終端使用者的認證計費控制過程，是VoIP系統商業化運營的核心模組。

Radius Client端，也叫NAS，主要的任務就是根據VoIP終端的呼叫請求攜帶的各種屬性，包括賬戶ID、被叫號碼、通話時間等，封裝成標準的Radius資料包傳送到Radius Server端，達到賬戶資訊實時更新的效果。整個NAS端程式主要由兩個模組構成：認證模組和計費模組，並把這兩個模組整合到開源IP-PBX專案 Asterisk中。

5.1 標準RADIUS協議分析

（1）Radius Packet

RADIUS資料包被包裝在UDP資料報的資料塊（Data field)）中，其中的目的埠為1812，RADIUS協議包結構如圖4所示。

0123

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|Code|Identifier|Length|

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

||

|Authenticator|

||

||

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|Attributes ...(不定長)

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-

Attribute：

012

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|Type|Length |Value …(不定長)

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

圖4RADIUS協議包結構圖

（2）對Radius Packet格式各個域解釋

①Code：包型別，一個位元組長，指示RADIUS包的型別，包含不合法的Code的Radius包將被直接丟棄，code域主要包含了以下值型別。

1）code=1Access-Request——認證請求資料包

本文AAA功能就是構建code＝1的認證請求資料包。

2）code=2Access-Accept——認證響應資料包

3) code=3Access-Reject——認證拒絕資料包

4）code=4Accounting-Request——計費請求資料包

本文Asterisk的AAA功能另外一個重點任務就是構建code=4的計費請求資料包，Accounting-Request 資料包中的兩種狀態型別（Acct-Status-Type）的計費請求資料包：Start（Value=1）：Client開始對指定使用者提供服務，計費開始;Stop（Value=2）：Client停止對指定使用者提供服務，計費結束。

5）code=5Accounting-Response——計費響應資料包

因為是要更新賬戶資訊，所以目前本文不需要處理計費響應資料包。

②Identifier：包識別符號，一個位元組長，用於匹配請求包和響應包，同一組請求包和響應包的Identifier應相同。協議規定：

1) 在任何時間，發給同一個RADIUS伺服器的不同包的Identifier域不能相同，如果出現相同的情況，RADIUS將認為後一個包是前一個包的拷貝而不對其進行處理。

2) Radius針對某個請求包的響應包應與該請求包在Identifier上相匹配（相同）。

③Length：包長度，兩個位元組長，說明資料包的長度，是code、identifier、length、authenticator attribute fields的長度總和，有效範圍是20~4096，超出範圍的資料將被視為附加資料（Padding）或直接被忽略。

④Authenticator：驗證字，16位元組長，用於驗證訊息的負載,對包進行簽名，該驗證字分為兩種。

1) 請求驗證字---Request Authenticator,用在請求報文中,必須為全域性唯一的隨機值。

2) 響應驗證字---Response Authenticator,用在響應報文中，用於鑑別響應報文的合法性。響應驗證字＝MD5(Code+ID+Length+請求驗證字+Attributes+Key)。

⑤Attributes:Type指示了Atribute的型別，通用的有幾十種，在系統中使用到的，如表4.1所示。Asterisk AAA模組的構建主要是構建表1列出的這些屬性值的RADIUS資料包。

表1 Atribute的屬性列表

5.2選擇一個合適的Radius Client API

上個小節介紹的RADIUS資料包格式，是構建應用協議層資料包的封裝所關注的，在Asterisk中如果需要親自把標準RADIUS資料包的傳送、接收等過程從零開始寫起，那本文就把重點放在了RADIUS UDP資料包與伺服器通訊過程的編寫中了，實際本文關注的是在Asterisk中根據VoIP通訊中的業務需求，構建RADIUS認證計費模組，重點是業務應用層的開發，即如何組織認證包、計費包的資料結構等，而RADIUS資料包傳輸層直接呼叫現成的開源API，目前主要有兩種這樣的開源專案。

（1）pam_radius

一個PAM模組提供了RADIUS客戶端的功能。它是從開源專案Freeradius中提取出來的，如果要使用需要對程式碼做大量的修改、打補丁後才能使用。

（2）radiusclient-ng

相對比PAM的pam_radius模組而言，radiusclient-ng的動態庫程式碼不用修改就可以拿過來使用，只需安裝radiusclient-ng的動態庫，然後根據配置檔案、開放的API介面修改Asterisk程式碼就可以完成Asterisk AAA模組的構建。

所以在本文使用radiusclient-ng開源軟體包。