ST OS20平臺上的SNMP代理端的開發(fā)

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)字機頂盒用戶數(shù)量龐大，雖然家庭網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)比較簡單，但用戶一般不具備專業(yè)的操作技能，并且目前的機頂盒不支持對電視頻道和互動應(yīng)用進行實時監(jiān)控，所以亟需開發(fā)基于現(xiàn)行平臺的網(wǎng)絡(luò)管理軟件。

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）[1-3]是當下比較成熟的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，從20世紀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進行通信，降低了連接建立和拆除的代價。

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

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，整個平臺的資源相對緊缺，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的報文格式

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

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

圖1 BER的組成

其中，標識的最高兩位用表示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志號，通用類型的標志號 有 INTEGER，OCTET STRING，NULL，OBJECT IDENTIFIER，SEQUENCE和SEQUENCE OF五種。

SNMP的報文是使用了BER編碼的二進制數(shù)據(jù)流，有嚴格的層次結(jié)構(gòu)，如圖2所示。整個SNMP報文是一個經(jīng)過BER編碼的SEQUENCE類型，其中包含了三個部分:第一部分是一個經(jīng)過BER編碼的IN?TEGER，代表SNMP報文的版本號；第二個部分是經(jīng)過BER編碼的OCTET STRING代表該SNMP報文的團體名；第三個部分是通過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，第一個字段是經(jīng)過BER編碼的Request-id，接下來兩個字段是關(guān)于錯誤標識的，第三個字段就是各個OID經(jīng)過BER編碼后的值。

圖2 SNMP協(xié)議的報文格式

3 管理信息庫定義

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

依據(jù)機頂盒的管理需求，本文將機頂盒SNMP的管理信息庫定義如圖3所示。在DVBMib的結(jié)點下面定義了DVBSystemInfo結(jié)點用于獲取機頂盒的基本信息，如制造商的名稱、機頂盒的位置等。DVBDevice結(jié)點定義了機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)點定義了機頂盒的工作狀態(tài)，如CPU、內(nèi)存、交換分區(qū)的使用情況，系統(tǒng)進程、電視節(jié)目、互動點播等的工作狀態(tài)。在DVBErrInfo結(jié)點上定義了相關(guān)的錯誤信息，以便運營商對差錯情況進行監(jiān)控。

4 SNMP代理的實現(xiàn)

在上述工作的基礎(chǔ)上，該協(xié)議的協(xié)議棧可以使用分層的結(jié)構(gòu)實現(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)造這些類型的時候失敗而異常退出，這些類的構(gòu)造只能做最簡單的事情，構(gòu)建一個編碼的內(nèi)容為空的Type對像或通過復(fù)制已有的編碼的內(nèi)容構(gòu)建一個Type對象。

該系統(tǒng)中使用SnmpMessage類作為請求報文類Request和響應(yīng)報文類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的請求和相應(yīng)請求定義為一個會話，使用Session類抽象該會話的交互過程。Session類的對象以一個SnmpSocket對象為參數(shù)創(chuàng)建，在Session類中實現(xiàn)了ReceiveRequest，ProcessRequest和SendResponse等方法，用于SNMP的交互過程。

圖3 OS20/OS21機頂盒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類定義為一個單件，在應(yīng)用程序啟動之時完成唯一的靜態(tài)對象的初始化，在該對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。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)與實現(xiàn)，并以net-snmp的軟件包為例，測試服務(wù)端和SNMP代理交互過程的實現(xiàn)。將上述的MIB庫配置到SNMP的服務(wù)端之后，啟動SNMP的守護進程，通過刷新system組的列表，在客戶端上得到了如圖7所示的請求數(shù)據(jù)包。

圖7 數(shù)據(jù)報

第1個下劃線段（3038），整個信息是個ASN.1的序列類型。根據(jù)編碼規(guī)則，前兩個字節(jié)分別指明了ASN.1的類型和長度。字節(jié)30即BER編碼中的標識，代表接下來是一個SEQUENCE結(jié)構(gòu)，第2個字節(jié)38即BER編碼中的長度，代表接下來有56個字節(jié)（byte）的內(nèi)容。第2個下劃線段是（020101），02標識了后面的內(nèi)容為一個INTEGER，01指出這個INTEGER的長度為一個字節(jié)，最后的01為該INTEGER的值，代表的是該請求的SNMP版本號（version）為1。第3個下滑線段（04067075626c 6963），是一個OCTET STRING，長度為 6，表示該 SNMP報文的 Community，值為“pub?lic”。接下來是SNMP數(shù)據(jù)包的第2個組件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個下劃線段（020427 cb bc 79）是GetResponse-PDU的第一個組件（Request-ID）的數(shù)據(jù)編碼，是個整數(shù)類型，長度為4，值為667663481。第6、第7個下劃線段分別編碼了PDU的第2個組件（error-status）和第 3個組件（er?ror-index），2個整數(shù)類型都被置為0，所以他們的TLV都為020100。第8個下劃線段（301d），Tag字節(jié)為30表明該部件是一個結(jié)構(gòu)類型。其長度為1d，十進制為29，是剩余的全部字節(jié)，說明了該組件是PDU的最后一個組件，變量綁定列表。變量綁定類表是由多個OID和value組成的鍵值對構(gòu)成。第9個下劃線段就是說明接下來是個＜oid，value＞的對象。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個段＜oid，value＞對象的 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)將一個完整的SNMP的GetResponse包的BER編碼進行了剖析。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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