SNMP協(xié)議分析軟件設(shè)計(jì)

孟開元，楊海超，曹慶年

(西安石油大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 西安 710065)

SNMP協(xié)議分析軟件設(shè)計(jì)

孟開元，楊海超，曹慶年

(西安石油大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 西安 710065)

在探討SNMP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議規(guī)范、協(xié)議ASN.1描述和BER編碼的基礎(chǔ)上，基于VC++平臺(tái)設(shè)計(jì)并開發(fā)了SNMP協(xié)議分析軟件。軟件劃分為3個(gè)功能模塊：數(shù)據(jù)包捕獲與過(guò)濾模塊、SNMP數(shù)據(jù)包解析模塊、SNMP PDU結(jié)構(gòu)分解與顯示模塊。首先論述了利用Socket技術(shù)捕獲數(shù)據(jù)包的方法，給出了數(shù)據(jù)包捕獲與UDP數(shù)據(jù)包過(guò)濾的實(shí)現(xiàn)；然后在分析SNMP協(xié)議ASN.1描述和BER編碼的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了SNMP PDU字段類型的解析；最后，以合理的方式對(duì)協(xié)議字段組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了顯示。經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)功能正確，運(yùn)行良好。

SNMP；BER；協(xié)議分析

0 引言

簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議是基于TCP/IP協(xié)議族的網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)對(duì)通信線路進(jìn)行管理，它由一組網(wǎng)絡(luò)管理的標(biāo)準(zhǔn)組成，包含一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議(application layer protocol)、數(shù)據(jù)庫(kù)模型(database schema)和一組資源對(duì)象[1]，有3個(gè)版本，分別是SNMPv1、SNMPv2、SNMPv3。它的基本功能包括監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)性能、檢測(cè)分析網(wǎng)絡(luò)差錯(cuò)和配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等[2]。

SNMP協(xié)議主要包括3個(gè)部分：SNMP、SMI及MIB。SNMP系統(tǒng)采用客戶/服務(wù)器工作模式。圖1為SNMP系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。

圖1 SNMP系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

SNMP系統(tǒng)包括兩個(gè)組成部分：SNMP管理器與SNMP代理。其中，SNMP管理器(SNMP Manager)是運(yùn)行在網(wǎng)管工作站中的管理進(jìn)程，它是大多數(shù)SNMP請(qǐng)求(不包括告警)的發(fā)起者；SNMP代理(SNMP Agent)是運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的管理進(jìn)程，它是大多數(shù)SNMP請(qǐng)求(不包括告警)的響應(yīng)者。每種SNMP請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一種具體的網(wǎng)絡(luò)操作，實(shí)際上是對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理信息的讀或者寫操作，而管理信息都保存在代理的MIB中。

在網(wǎng)絡(luò)正常工作時(shí)，SNMP可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)、配置和測(cè)試等功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出故障時(shí)，可實(shí)現(xiàn)各種差錯(cuò)檢測(cè)和功能恢復(fù)。雖然SNMP是在TCP/IP基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，但也可應(yīng)用于數(shù)字油田、電力系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下。利用SNMP協(xié)議，一個(gè)管理工作站可以遠(yuǎn)程管理所有支持此協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、修改網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置、接受網(wǎng)絡(luò)事件警告等；利用SNMP可以實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，以便在不利條件下(如過(guò)載、故障)使網(wǎng)絡(luò)的性能仍能達(dá)到最佳。雖然SNMP最初是面向基于IP的網(wǎng)絡(luò)管理，但作為一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也被成功用于電話網(wǎng)絡(luò)管理和各種控制系統(tǒng)[3]。

目前，大部分協(xié)議分析軟件只對(duì)IP數(shù)據(jù)包和UDP數(shù)據(jù)的頭部進(jìn)行分析和解析，很少有軟件能對(duì)SNMP的整個(gè)數(shù)據(jù)包分析和解析，這就使得大多數(shù)人對(duì)該協(xié)議的工作機(jī)制、協(xié)議數(shù)據(jù)單元的字段結(jié)構(gòu)與組成并不是很了解。本文為學(xué)習(xí)SNMP PDU格式提供一種直觀便利的方法，而且提供了解析SNMP協(xié)議的內(nèi)容、編碼格式以及消息的類型方法。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

本系統(tǒng)能對(duì)發(fā)往指定IP地址的SNMP消息進(jìn)行捕獲、解析和顯示，主要完成3個(gè)功能，分別是：SNMP數(shù)據(jù)包的捕獲、SNMP數(shù)據(jù)包解析、對(duì)解析后的SNMP數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的顯示和配置測(cè)試環(huán)境并進(jìn)行驗(yàn)證。系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示。

1.2 系統(tǒng)開發(fā)與工作流程

按照各模塊實(shí)現(xiàn)的先后順序，本系統(tǒng)共劃分三大模塊：SNMP協(xié)議消息的捕獲和過(guò)濾、SNMP協(xié)議消息的解析、SNMP協(xié)議消息的顯示。開發(fā)流程如圖3所示。

圖2 SNMP協(xié)議分析軟件功能模塊

圖3 開發(fā)流程

2 SNMP數(shù)據(jù)包捕獲

目前，比較常見的捕獲數(shù)據(jù)包的方法有Winpcap和Socket技術(shù)[4]，本系統(tǒng)采用Socket技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)包捕獲。SNMP數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)層是以IP數(shù)據(jù)包的形式呈現(xiàn)的，IP數(shù)據(jù)包的格式如圖4所示。根據(jù)IP數(shù)據(jù)包的頭部信息定義一個(gè)用于存儲(chǔ)IP數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)體，這樣可以方便獲取源IP地址、目的IP地址、上層所使用的協(xié)議等字段。

Socket捕獲數(shù)據(jù)包的使用流程為：①利用WSAStartup函數(shù)啟動(dòng)WSA(Windows Sockets Asynchronous，Windows異步套接字)；②用socket函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)套接字；③用bind()函數(shù)將IP地址與套接字綁定；④send()/recv()函數(shù)，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

圖4 IP數(shù)據(jù)包格式

由于SNMP數(shù)據(jù)包是UDP數(shù)據(jù)包，因此需要對(duì)捕獲到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行過(guò)濾，通過(guò)判斷UDP數(shù)據(jù)包報(bào)頭的目的端口和源端口是否是161或162可以得到SNMP數(shù)據(jù)包。如果目的端口和源端口是161或162，則說(shuō)明是SNMP消息，然后交給下面兩個(gè)模塊進(jìn)行解析和顯示，如果不是則丟掉。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，只需寫一個(gè)判斷函數(shù)即可，其實(shí)現(xiàn)方法為：if(destport==161 || destport ==162 || sourport ==161 || sourport ==162)。

3 SNMP數(shù)據(jù)包解析模塊設(shè)計(jì)

SNMP管理消息可分為兩種：SNMP請(qǐng)求與SNMP響應(yīng)[5]。其中，SNMP請(qǐng)求是SNMP管理器向代理發(fā)送的操作請(qǐng)求；SNMP響應(yīng)是SNMP代理根據(jù)具體操作情況向SNMP管理器返回的消息。圖5給出了SNMP請(qǐng)求與響應(yīng)的關(guān)系。

圖5 SNMP請(qǐng)求與響應(yīng)關(guān)系

SNMPv消息可以分為兩個(gè)部分：SNMP頭部與SNMP PDU[6]。圖6給出了SNMPv1消息的基本結(jié)構(gòu)。對(duì)于普通SNMP消息與Trap消息，它們的SNMP頭部相同，但是SNMP PDU的結(jié)構(gòu)不同。SNMP頭部包括3個(gè)字段：版本號(hào)、團(tuán)體名和PDU類型。其中，版本(Version)表示SNMP消息使用的版本協(xié)議，SNMPv1、SNMPv2和SNMPv3對(duì)應(yīng)的值分別為0、1和2；團(tuán)體名(Community)用于設(shè)置對(duì)代理的訪問權(quán)限，同一團(tuán)體名的管理進(jìn)程可以訪問代理，它是一個(gè)用明文傳輸?shù)淖址?public)。PDU類型表示具體的SNMP操作類型。

圖6 SNMP消息的結(jié)構(gòu)

SNMP消息使用ASN.1中的BER進(jìn)行編碼后在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，BER編碼采用tpye-length-value(TLV：類型-長(zhǎng)度-值)結(jié)構(gòu)的方法，類型表示消息類型，長(zhǎng)度表示數(shù)值的長(zhǎng)度，數(shù)值表示消息的具體值，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。每一個(gè)ASN.1值按TLV編碼組成一個(gè)字節(jié)流。發(fā)送方將類型和值編碼組成字節(jié)流，接收方將收到的字節(jié)流解析成相應(yīng)的類型與值。

對(duì)SNMP消息(即UDP的數(shù)據(jù)部分)進(jìn)行解析的具體步驟如下：

圖7 TLV結(jié)構(gòu)

(1)定義一個(gè)指針bppDisplayData使其指向SNMP消息的首地址：

struct UDPPacketHead *pUDPHead;

HdrLen = pIpHeader→header_len&0xf;

HdrLen *= 4;

BYTE *bPData;

bPData=((BYTE*)pUDPHead)+8;

BYTE *bppDisplayData;//用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)地址

bppDisplayData = bPData

(2)跳過(guò)該消息的標(biāo)簽字段和長(zhǎng)度字段

++bppDisplayData;

if((*bppDisplayData)>=128){

bppDisplayData+=((*bppDisplayData)&0x7f)+1;}

else { ++bppDisplayData;}

(3)跳過(guò)版本號(hào)的標(biāo)簽字段和長(zhǎng)度字段，即 bppDisplayData+=2，根據(jù)版本號(hào)的內(nèi)容域判斷SNMP的版本。如果*bppDisplayData =0，則表示是SNMPv1，如果* bppDisplayData=1，則表示是SNMPv2，否則為SNMPv3。

(4)根據(jù)共同體名的長(zhǎng)度字段解析共同體名。

(5)判斷PDU類型和內(nèi)容。

4 SNMP數(shù)據(jù)信息顯示

本系統(tǒng)共使用了MFC中的3類控件：按鈕(Button)，編輯框(Edit Box)和列表控制(List Control)。開啟了一個(gè)消息捕獲線程，當(dāng)點(diǎn)擊開始捕獲按鈕，該系統(tǒng)開始捕獲SNMP數(shù)據(jù)包；點(diǎn)擊停止捕獲按鈕，該系統(tǒng)關(guān)閉消息捕獲線程，停止捕獲SNMP數(shù)據(jù)包，在列表控制(List Control)中單擊一行數(shù)據(jù)可以在右邊的編輯框(Edit Box)中顯示SNMP消息的版本號(hào)、團(tuán)體名、PDU類型、請(qǐng)求標(biāo)示符、錯(cuò)誤狀態(tài)、錯(cuò)誤索引等信息。

5 配置測(cè)試環(huán)境

為了捕獲SNMP消息，必須開啟兩臺(tái)主機(jī)的SNMP服務(wù)，在其中一臺(tái)主機(jī)上安裝SNMPB瀏覽器發(fā)送SNMP消息。SNMP數(shù)據(jù)包的捕獲、解析和顯示的效果如圖8、圖9所示。

從運(yùn)行結(jié)果可以看出：SNMP的版本號(hào)是SNMPv1，團(tuán)體名是public，PDU類型是GetnextRequest，請(qǐng)求標(biāo)識(shí)符是17，錯(cuò)誤狀態(tài)和錯(cuò)誤索引都為0，變量綁定的類型為48。

圖8 解析數(shù)據(jù)包的界面

圖9 解析數(shù)據(jù)信息界面

6 結(jié)語(yǔ)

本文系統(tǒng)利用Socket技術(shù)完成了數(shù)據(jù)包的捕獲，對(duì)UDP數(shù)據(jù)包進(jìn)行了過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)了SNMP PDU字段類型的解析，以較為合理的方式對(duì)協(xié)議字段組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了顯示。經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)功能正確，運(yùn)行良好，對(duì)SNMP協(xié)議的研究和學(xué)習(xí)具有借鑒意義。

[1] 彭一鳴. 基于SNMP的配置管理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 武漢：華中科技大學(xué),2011.

[2] 余鑫. SNMP協(xié)議在AGENT軟件平臺(tái)中的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 成都：電子科技大學(xué),2008.

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[4] 郭凱. 基于WinPcap的數(shù)據(jù)包捕獲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 西安：西安電子科技大學(xué),2013.

[5] 李泰國(guó), 王志龍, 李文新,等. 基于SNMP的嵌入式終端狀態(tài)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展, 2016, 26(8)：19-24.

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(責(zé)任編輯：陳福時(shí))

陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目(15JK1580)

孟開元(1968-)，男，江蘇南通人，西安石油大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院副教授,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信；楊海超(1990-)，男，陜西漢中人，西安石油大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)接口及控制技術(shù)；曹慶年(1963-)，男，山東濟(jì)南人，西安石油大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信。

10.11907/rjdk.162806

TP319

A

1672-7800(2017)003-0059-03