周 騰，陳 建

（中山大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510006）

責(zé)任編輯:任健男

1 開發(fā)背景

隨著Internet的普及和有線數(shù)字電視的推廣，越來越多的家庭正在享受著高科技帶來的便利生活。有線數(shù)字機(jī)頂盒用戶數(shù)量龐大，雖然家庭網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但用戶一般不具備專業(yè)的操作技能，并且目前的機(jī)頂盒不支持對(duì)電視頻道和互動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，所以亟需開發(fā)基于現(xiàn)行平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件。

簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）[1-3]是當(dāng)下比較成熟的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，從20世紀(jì)90年代初提出至今已經(jīng)過近20年的發(fā)展，得到了眾多網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品提供商的支持。SNMP協(xié)議使用UDP進(jìn)行通信，降低了連接建立和拆除的代價(jià)。

本文將著重討論意法半導(dǎo)體有限公司（STMicro?electronics）的OS20/OS21平臺(tái)上SNMP的實(shí)現(xiàn)。OS20/OS21是ST公司推出的基于ST芯片的開源的、免費(fèi)的、輕量級(jí)的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，目前主要用于使用ST芯片的機(jī)頂盒中。

雖然現(xiàn)在有很多現(xiàn)成的成熟的SNMP Agent的開源軟件，如net-snmp，但是ST芯片的處理能力不強(qiáng)，整個(gè)平臺(tái)的資源相對(duì)緊缺，并且OS20操作系統(tǒng)移植但又不完全移植于Linux操作系統(tǒng)，所以必須從最底層開始，以最少的資源消耗方式開發(fā)SNMP的代理端。

2 SNMP的報(bào)文格式

SNMP有SNMPv1，SNMPv2和SNMPv3三個(gè)版本，本文使用SNMPv1進(jìn)行代理端的開發(fā)，SNMPv2和SNMPv3的原理與SNMPv1類似。

SNMP使用基本編碼規(guī)則（BER）對(duì)傳輸?shù)膬?nèi)容進(jìn)行編碼[1]。BER的基本規(guī)則是通過將數(shù)據(jù)表示為標(biāo)記（Tag）、長度（Length）及內(nèi)容（Value），如圖1所示。

圖1 BER的組成

其中，標(biāo)識(shí)的最高兩位用表示ASN.1所定義的變量類別，有UNIVERSAL，APPLICATION，CONTEXT和PRIVATE四種；一位用于區(qū)分該變量是否為結(jié)構(gòu)類型；接下來五位指出了類型的標(biāo)志號(hào)，通用類型的標(biāo)志號(hào) 有 INTEGER，OCTET STRING，NULL，OBJECT IDENTIFIER，SEQUENCE和SEQUENCE OF五種。

SNMP的報(bào)文是使用了BER編碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，有嚴(yán)格的層次結(jié)構(gòu)，如圖2所示。整個(gè)SNMP報(bào)文是一個(gè)經(jīng)過BER編碼的SEQUENCE類型，其中包含了三個(gè)部分:第一部分是一個(gè)經(jīng)過BER編碼的IN?TEGER，代表SNMP報(bào)文的版本號(hào)；第二個(gè)部分是經(jīng)過BER編碼的OCTET STRING代表該SNMP報(bào)文的團(tuán)體名；第三個(gè)部分是通過BER編碼SNMP的協(xié)議數(shù)據(jù)單元[2]。在SNMP的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）中，第一個(gè)字段是經(jīng)過BER編碼的Request-id，接下來兩個(gè)字段是關(guān)于錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)的，第三個(gè)字段就是各個(gè)OID經(jīng)過BER編碼后的值。

圖2 SNMP協(xié)議的報(bào)文格式

3 管理信息庫定義

在SNMP中，使用管理信息庫（MIB）對(duì)被管設(shè)備的各個(gè)參數(shù)或指標(biāo)進(jìn)行定義。MIB以ASN.1語言及一些SNMP定義的擴(kuò)展宏進(jìn)行定義，使用類似于Internet域名系統(tǒng)的樹狀結(jié)構(gòu)對(duì)被管設(shè)備進(jìn)行管理[3-6]。

依據(jù)機(jī)頂盒的管理需求，本文將機(jī)頂盒SNMP的管理信息庫定義如圖3所示。在DVBMib的結(jié)點(diǎn)下面定義了DVBSystemInfo結(jié)點(diǎn)用于獲取機(jī)頂盒的基本信息，如制造商的名稱、機(jī)頂盒的位置等。DVBDevice結(jié)點(diǎn)定義了機(jī)頂盒上的軟硬件信息，如CPU、內(nèi)存、閃存、操作系統(tǒng)內(nèi)核及軟件版本等。DVBWorkSta結(jié)點(diǎn)定義了機(jī)頂盒的工作狀態(tài)，如CPU、內(nèi)存、交換分區(qū)的使用情況，系統(tǒng)進(jìn)程、電視節(jié)目、互動(dòng)點(diǎn)播等的工作狀態(tài)。在DVBErrInfo結(jié)點(diǎn)上定義了相關(guān)的錯(cuò)誤信息，以便運(yùn)營商對(duì)差錯(cuò)情況進(jìn)行監(jiān)控。

4 SNMP代理的實(shí)現(xiàn)

在上述工作的基礎(chǔ)上，該協(xié)議的協(xié)議?？梢允褂梅謱拥慕Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)IEEE定義的SNMP的基本類型，可以用Type類作為所有類型的父類，由Type類派生出SNMP的簡(jiǎn)單的類型，如Null，Integer，OctetString和ObjectIdentifier等子類。另外，Structure類型也是由Type所派生，作為所有結(jié)構(gòu)類型的父類，如Sequence，RequestPdu和ResponseP?du等子類。為了防止應(yīng)用程序在構(gòu)造這些類型的時(shí)候失敗而異常退出，這些類的構(gòu)造只能做最簡(jiǎn)單的事情，構(gòu)建一個(gè)編碼的內(nèi)容為空的Type對(duì)像或通過復(fù)制已有的編碼的內(nèi)容構(gòu)建一個(gè)Type對(duì)象。

該系統(tǒng)中使用SnmpMessage類作為請(qǐng)求報(bào)文類Request和響應(yīng)報(bào)文類Response的基類。在SNMPMes?sage類中定義了SNMP的Version，Community，Request ID，Error Status，Error Index和 Variable Bindings等字段。SnmpMessage定義如圖4所示。

在該系統(tǒng)中將一次接受SNMP的請(qǐng)求和相應(yīng)請(qǐng)求定義為一個(gè)會(huì)話，使用Session類抽象該會(huì)話的交互過程。Session類的對(duì)象以一個(gè)SnmpSocket對(duì)象為參數(shù)創(chuàng)建，在Session類中實(shí)現(xiàn)了ReceiveRequest，ProcessRequest和SendResponse等方法，用于SNMP的交互過程。

圖3 OS20/OS21機(jī)頂盒SNMP的MIB定義（截圖）

圖4 SnmpMessage定義

SnmpSocket類封裝了一些系統(tǒng)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)套接字的調(diào)用，包括了多路IO復(fù)用Select模型，還有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收（Receive）和發(fā)送（Send）方法。

FunctionRegister類定義為一個(gè)單件，在應(yīng)用程序啟動(dòng)之時(shí)完成唯一的靜態(tài)對(duì)象的初始化，在該對(duì)象的初始化中完成獲取系統(tǒng)相關(guān)信息的函數(shù)的注冊(cè)。該類的構(gòu)造函數(shù)，拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值操作符必須聲明為私有，以防止在使用中被非法篡改。FunctionRegister定義如圖5所示。整個(gè)系統(tǒng)的類圖如圖6所示。

圖5 FunctionRegister定義

圖6 系統(tǒng)類圖（截圖）

5 結(jié)論

文本SNMP代理端的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)，并以net-snmp的軟件包為例，測(cè)試服務(wù)端和SNMP代理交互過程的實(shí)現(xiàn)。將上述的MIB庫配置到SNMP的服務(wù)端之后，啟動(dòng)SNMP的守護(hù)進(jìn)程，通過刷新system組的列表，在客戶端上得到了如圖7所示的請(qǐng)求數(shù)據(jù)包。

圖7 數(shù)據(jù)報(bào)

第1個(gè)下劃線段（3038），整個(gè)信息是個(gè)ASN.1的序列類型。根據(jù)編碼規(guī)則，前兩個(gè)字節(jié)分別指明了ASN.1的類型和長度。字節(jié)30即BER編碼中的標(biāo)識(shí)，代表接下來是一個(gè)SEQUENCE結(jié)構(gòu)，第2個(gè)字節(jié)38即BER編碼中的長度，代表接下來有56個(gè)字節(jié)（byte）的內(nèi)容。第2個(gè)下劃線段是（020101），02標(biāo)識(shí)了后面的內(nèi)容為一個(gè)INTEGER，01指出這個(gè)INTEGER的長度為一個(gè)字節(jié)，最后的01為該INTEGER的值，代表的是該請(qǐng)求的SNMP版本號(hào)（version）為1。第3個(gè)下滑線段（04067075626c 6963），是一個(gè)OCTET STRING，長度為 6，表示該 SNMP報(bào)文的 Community，值為“pub?lic”。接下來是SNMP數(shù)據(jù)包的第2個(gè)組件PDU，由（a22b）可知它是結(jié)構(gòu)類型GetResponse-PDU的編碼，2b是它的長度，即接下來內(nèi)容的長度。第5個(gè)下劃線段（020427 cb bc 79）是GetResponse-PDU的第一個(gè)組件（Request-ID）的數(shù)據(jù)編碼，是個(gè)整數(shù)類型，長度為4，值為667663481。第6、第7個(gè)下劃線段分別編碼了PDU的第2個(gè)組件（error-status）和第 3個(gè)組件（er?ror-index），2個(gè)整數(shù)類型都被置為0，所以他們的TLV都為020100。第8個(gè)下劃線段（301d），Tag字節(jié)為30表明該部件是一個(gè)結(jié)構(gòu)類型。其長度為1d，十進(jìn)制為29，是剩余的全部字節(jié)，說明了該組件是PDU的最后一個(gè)組件，變量綁定列表。變量綁定類表是由多個(gè)OID和value組成的鍵值對(duì)構(gòu)成。第9個(gè)下劃線段就是說明接下來是個(gè)＜o(jì)id，value＞的對(duì)象。第10段是OID的編碼，它是OBJECT IDENTIFI?ER類型，長度為8，值為1.3.6.1.2.1.1.1.0。第11個(gè)段＜o(jì)id，value＞對(duì)象的 value部分的編碼，是 OCTET STRING類型，長度為0f，值為“Wireless-Router”。經(jīng)上面的分析，已經(jīng)將一個(gè)完整的SNMP的GetResponse包的BER編碼進(jìn)行了剖析。為了更為直觀地說明問題，用圖8表示出GetResponse包的BER結(jié)構(gòu)。

圖8 SNMP數(shù)據(jù)包的編碼結(jié)構(gòu)

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