ST OS20平臺上的SNMP代理端的開發

周 騰，陳 建

（中山大學 信息科學與技術學院，廣東 廣州 510006）

責任編輯:任健男

1 開發背景

隨著Internet的普及和有線數字電視的推廣，越來越多的家庭正在享受著高科技帶來的便利生活。有線數字機頂盒用戶數量龐大，雖然家庭網絡的拓撲結構比較簡單，但用戶一般不具備專業的操作技能，并且目前的機頂盒不支持對電視頻道和互動應用進行實時監控，所以亟需開發基于現行平臺的網絡管理軟件。

簡單網絡管理協議（SNMP）[1-3]是當下比較成熟的網絡管理協議，從20世紀90年代初提出至今已經過近20年的發展，得到了眾多網絡產品提供商的支持。SNMP協議使用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體有限公司（STMicro?electronics）的OS20/OS21平臺上SNMP的實現。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，目前主要用于使用ST芯片的機頂盒中。

雖然現在有很多現成的成熟的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操作系統移植但又不完全移植于Linux操作系統，所以必須從最底層開始，以最少的資源消耗方式開發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，SNMPv2和SNMPv3的原理與SNMPv1類似。

SNMP使用基本編碼規則（BER）對傳輸的內容進行編碼[1]。BER的基本規則是通過將數據表示為標記（Tag）、長度（Length）及內容（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；一位用于區分該變量是否為結構類型；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編碼的二進制數據流，有嚴格的層次結構，如圖2所示。整個SNMP報文是一個經過BER編碼的SEQUENCE類型，其中包含了三個部分:第一部分是一個經過BER編碼的IN?TEGER，代表SNMP報文的版本號；第二個部分是經過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的協議數據單元[2]。在SNMP的協議數據單元（PDU）中，第一個字段是經過BER編碼的Request-id，接下來兩個字段是關于錯誤標識的，第三個字段就是各個OID經過BER編碼后的值。

圖2 SNMP協議的報文格式

3 管理信息庫定義

在SNMP中，使用管理信息庫（MIB）對被管設備的各個參數或指標進行定義。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域名系統的樹狀結構對被管設備進行管理[3-6]。

依據機頂盒的管理需求，本文將機頂盒SNMP的管理信息庫定義如圖3所示。在DVBMib的結點下面定義了DVBSystemInfo結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結點定義了機頂盒上的軟硬件信息，如CPU、內存、閃存、操作系統內核及軟件版本等。DVBWorkSta結點定義了機頂盒的工作狀態，如CPU、內存、交換分區的使用情況，系統進程、電視節目、互動點播等的工作狀態。在DVBErrInfo結點上定義了相關的錯誤信息，以便運營商對差錯情況進行監控。

4 SNMP代理的實現

在上述工作的基礎上，該協議的協議棧可以使用分層的結構實現。根據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，作為所有結構類型的父類，如Sequence，RequestPdu和ResponseP?du等子類。為了防止應用程序在構造這些類型的時候失敗而異常退出，這些類的構造只能做最簡單的事情，構建一個編碼的內容為空的Type對像或通過復制已有的編碼的內容構建一個Type對象。

該系統中使用SnmpMessage類作為請求報文類Request和響應報文類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。

在該系統中將一次接受SNMP的請求和相應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對象為參數創建，在Session類中實現了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類封裝了一些系統相關的網絡套接字的調用，包括了多路IO復用Select模型，還有網絡數據的接收（Receive）和發送（Send）方法。

FunctionRegister類定義為一個單件，在應用程序啟動之時完成唯一的靜態對象的初始化，在該對象的初始化中完成獲取系統相關信息的函數的注冊。該類的構造函數，拷貝構造函數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。整個系統的類圖如圖6所示。

圖5 FunctionRegister定義

圖6 系統類圖（截圖）

5 結論

文本SNMP代理端的開發與實現，并以net-snmp的軟件包為例，測試服務端和SNMP代理交互過程的實現。將上述的MIB庫配置到SNMP的服務端之后，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所示的請求數據包。

圖7 數據報

第1個下劃線段（3038），整個信息是個ASN.1的序列類型。根據編碼規則，前兩個字節分別指明了ASN.1的類型和長度。字節30即BER編碼中的標識，代表接下來是一個SEQUENCE結構，第2個字節38即BER編碼中的長度，代表接下來有56個字節（byte）的內容。第2個下劃線段是（020101），02標識了后面的內容為一個INTEGER，01指出這個INTEGER的長度為一個字節，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數據包的第2個組件PDU，由（a22b）可知它是結構類型GetResponse-PDU的編碼，2b是它的長度，即接下來內容的長度。第5個下劃線段（020427 cb bc 79）是GetResponse-PDU的第一個組件（Request-ID）的數據編碼，是個整數類型，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字節為30表明該部件是一個結構類型。其長度為1d，十進制為29，是剩余的全部字節，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”。經上面的分析，已經將一個完整的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結構。

圖8 SNMP數據包的編碼結構

[1]武孟軍，徐龑，任相臣.Visual C++開發基于SNMP的網絡管理軟件[M].北京:人民郵電出版社，2007:27-37.

[2]李江明.SNMP簡單網絡管理協議[M].北京:電子工業出版社，2007:41-60.

[3]BLACK U.Network management standards:SNMP，CMIP，TMN ，MIBs，and object libraries[M].New York:McGraw-Hill，1995.

[4]FEIT S M.SNMP:a guide to network management[M].New York :McGraw-Hill，1995.

[5]STALLINGS W.SNMP網絡管理[M].胡成松，汪凱，譯.北京:中國電力出版社，2001.

[6]郭軍.網絡管理[M].北京:北京郵電大學出版社，2003.