第九章
应用层协议
TCP/IP详解卷 1,CH25,CH26,CH27,CH28
谢希仁计算机网络第四版 P330-343
主要内容
? 9.1 简单网络管理协议,SNMP
? 9.2 远程登录,Rlogin和 Telnet
? 9.3 文件传输协议,FTP
? 9.4 简单邮件传输协议,SMTP
9.1 简单网络管理协议,SNMP
? 9.1.1 网络管理的基本概念
? 9.1.2 简单网络管理协议 SNMP
? 9.3 管理信息结构 SMI
? 9.1.4 管理信息库 MIB
? 9.1.5 SNMPv2 和 SNMPv3
9.1.1 网络管理的基本概念
? 网络管理 包括对硬件、软件和人力的使用、综合
与协调，以便对网络资源进行监视、测试、配置、
分析、评价和控制，这样就能以合理的价格满足
网络的一些需求，如实时运行性能，服务质量等。
网络管理常简称为 网管 。
? 我们可以看到，网络管理并不是指对网络进行行
政上的管理。
网络管理的一般模型
管理站
因特网
网络
管理员
被管设备
—— 管理程序（运行 SNMP 客户程序）
—— 代理程序（运行 SNMP 服务器程序）
A
A
AA
M
被管设备
被管设备
被管设备
M
A
A
被管设备
管理进程和代理进程之间的通信
可以有两种方式
? 管理进程向代理进程发出请求，询问一个具体的参
数值。
? 代理进程主动向管理进程报告有某些重要的事件发
生
当然，管理进程除了可以向代理进程询问某些参数
值以外，它还可以按要求改变代理进程的参数值
基于 T C P / I P的网络管理
包含 3个组成部分
? 一个管理信息库 M I B，包含所有代理进程的所有
可被查询和修改的参数。 RFC 1213 MIB-II
? 管理信息结构 S M I，是关于 M I B的一套公用的
结构和表示符号。 RFC 1155
? 管理进程和代理进程之间的通信协议，叫简单网
络管理协议 S N M P。 RFC 1157
客户服务器方式
? 管理程序和代理程序按 客户服务器方式 工作。
? 管理程序运行 SNMP 客户程序,向某个代理
程序发出请求（或命令），代理程序运行
SNMP 服务器程序,返回响应（或执行某个动
作）。
? 在网管系统中往往是一个（或少数几个）客户
程序与很多的服务器程序进行交互。
OSI 的五个管理功能域 FCAPS
(1) 故障管理 ——对网络中被管对象故障的检测、定位和排
除。
(2) 配置管理 ——用来定义、识别、初始化、监控网络中的
被管对象，改变被管对象的操作特性，报告被管对象状态
的变化。
(3) 计费管理 —— 记录用户使用网络资源的情况并核收费
用，同时也统计网络的利用率。
(4) 性能管理 ——用最少网络资源和最小时延的前提下，网
络能提供可靠、连续的通信能力。
(5) 安全管理 ——保证网络不被非法使用。
9.1.2 简单网络管理协议 SNMP
? 网络管理的基本原理：
若要管理某个对象，就必然会给该对象添加一
些软件或硬件，但这种, 添加, 必须对原有对
象的影响尽量小些。
? SNMP 发布于 1988 年。 IETF 在 1990 年制
订的网管标准 SNMP 是因特网的正式标准。
? 以后有了新版本 SNMPv2 和 SNMPv3，因此
原来的 SNMP 又称为 SNMPv1。
SNMP 的指导思想
? SNMP 最重要的指导思想就是要尽可能简单。
? SNMP 的基本功能包括监视网络性能、检测分析网络差
错和配置网络设备等。
? 在网络正常工作时,SNMP 可实现统计、配置、和测试
等功能。当网络出故障时，可实现各种差错检测和恢复
功能。
? 虽然 SNMP 是在 TCP/IP 基础上的网络管理协议，但
也可扩展到其他类型的网络设备上。
? 用 轮询 +中断 的方式工作
SNMP 的典型配置
SNMP
UDP
IP
管理进程
网络接口
网络
管理员 MIB
管理站
路由器
SNMP
UDP
IP
代理进程
网络接口
TCP
FTP 等
用户进程
主机
因特网
SNMP
UDP
IP
代理进程
网络接口
TCP
FTP 等
用户进程
主机
SNMP
UDP
IP
代理进程
网络接口
SNMP 的管理站和委托代理
? 整个系统必须有一个 管理站
? 管理进程和代理进程利用 SNMP 报文进行通信，
而 SNMP 报文又使用 UDP 来传送。
? 若网络元素使用的不是 SNMP 而是另一种网络
管理协议,SNMP 协议就无法控制该网络元素。
这时可使用 委托代理 (proxy agent)。委托代理
能提供如协议转换和过滤操作等功能对被管对象
进行管理。
SNMPv1 的五种协议数据单元
? SNMPv1 规定了五种协议数据单元 PDU（即 SNMP 报
文），用来在管理进程和代理之间的交换。
? SNMP的操作只有两种基本的管理功能，即：
(1)“读, 操作，用 get报文来检测各被管对象的状况；
(2)“写, 操作，用 set报文来改变各被管对象的状况。
SNMP 的探询操作
? 探询操作 ——SNMP 管理进程定时向被管理设备周期性
地发送探询信息。
? 探询的好处是：
? 可使系统相对简单
? 能限制通过网络所产生的管理信息的通信量
? 但探询管理协议不够灵活，而且所能管理的设备数目不
能太多。探询系统的开销也较大。如探询频繁而并未得
到有用的报告，则通信线路和计算机的 CPU 周期就被
浪费了。
陷阱 (trap)
? SNMP 不是完全的探询协议，它允许不经过询问就能发
送某些信息。这种信息称为 陷阱,表示它能够捕捉, 事
件, 。
? 这种陷阱信息的参数是受限制的。
? 当被管对象的代理检测到有事件发生时，就检查其门限
值。代理只向管理进程报告达到某些门限值的事件（即
过滤 ）。过滤的好处是：
? 仅在严重事件发生时才发送陷阱
? 陷阱信息很简单且所需字节数很少
SNMP 是有效的网络管理协议
? 使用 轮询 （至少是周期性地）以维持对
网络资源的实时监视，同时也采用 陷阱
机制报告特殊事件，使得 SNMP 成为一
种有效的网络管理协议。
SNMP 使用的端口
? SNMP 使用无连接的 UDP，因此在网络上传送 SNMP
报文的开销较小。但 UDP 不保证可靠交付。
? 在运行代理程序的服务器端用熟知端口 161 来接收 get
或 set 报文和发送响应报文（与熟知端口通信的客户端
使用临时端口）。
? 运行管理程序的客户端则使用熟知端口 162 来接收来自
各代理的 trap 报文。
SNMPv1 定义的协议数据单元类型
PDU PDU名称 用途
编号
0 get-request 用来查询一个或多个变量的值
1 get-next-request 允许在 MIB 树上检索下一个变
量，此操作可反复进行
2 get-reponse 对 get/set 报文作出响应，并提
供差错码、差错状态等信息
3 set-request 对一个或多个变量值进行设置
4 Trap 向管理进程报告代理中发生的
事件
SNMP的 5种操作
SNMPv1 的报文格式
UDP 数据报
IP 数据报
SNMP 报文
get/set 报文
IP
首部
UDP
首部 SNMP PDU 版本 共同体
PDU 类型
(0~3) 差错索引
差错状态
(0~5)请求标识符 名 名值 值
…
trap 首部 变量绑定
20字节 8字节
PDU 类型
(4) 名 值 …企业
代理的
IP 地址
trap类型
(0 ~6)
特定
代码 时间戳 值 名
get/set 首部 变量绑定
trap 报文
? 版本 SNMP版本号减去 1，显然 SNMP v1该字
段是 0。
? 共同体 是管理进程和代理进程之间的口令，是
明文格式，默认值是 public
? PDU类型 显示各种 PDU对应的值
? 请求标识 对于 g e t,g e t - n e x t和 s e t操作，
由管理进程设置，然后由代理进程在 g e t -r e s
p o n s e中返回。这个字段的作用是使客户进程
（即管理进程）能够将服务器进程（即代理进程）
发出的响应和客户进程发出的查询进行匹配。这
个字段允许管理进程对一个或多个代理进程发出
多个请求，并且从返回的众多应答中进行分类
? 差错状态 是一个整数，它是由代理进程标注的，
指明有差错发生。
? 差错索引 是一个整数偏移量，指明当有差错发
生时，差错发生在哪个参数。它是由代理进程标
注的，并且只有在发生 noSuchName、
readOnly和 badValue差错时才进行标注。
? 在 get,get-next和 set的请求数据报中，包含 变
量名称和变量值 的一张表。对于 get和 get-next
操作，变量值部分被忽略，也就是不需要填写。
? 对于 trap操作符（ PDU类型是 4）,SNMP报文
格式有所变化。
Trap
? 代理进程也可以主动发送 trap到管理进程，以告
诉管理进程在代理进程侧有某些管理进程所关心
的事件发生,trap发送到管理进程的 162号端口。
? 现在已经定义了 6种特定的 trap类型，第 7种 trap
类型是由供应商自己定义的特定类型。
trap 报文
trap 首部 变量绑定
PDU 类型
(4) 名 值 …企业
代理的
IP 地址
trap类型
(0 ~6)
特定
代码 时间戳 值 名
?企业 填入产生陷阱报文的网络设备的对象标识符
?代理的 IP地址
trap类型
? 特定代码 指名代理自定义的事件（若陷阱
类型为 0），否则为 0。
? 时间戳 指明自代理进程初始化到陷阱报告
的事件发生所经历的时间
9.3 管理信息结构 SMI
(Structure of Management
Information)
? SMI 定义了所有的 MIB 变量的数据结构
数据类型
? INTEGER 有些整型变量没有范围限制，有些整
型变量定义为特定的数值，有些整型变量定义为
一个特定的范围。
? OCTER STRING 0或多个 8 bit字节，每个字
节值在 0~ 255之间。
? DisplayString 0或多个 8 bit字节，但是每个字
节必须是 ASCII码，在 MIB-II中，所有该类型的
变量不能超过 255个字符（ 0个字符是可以的）
? OBJECT IDENTIFIER 指明一种, 授权, 命名
的对象，它是由一些权威机构进行管理和分配的。
对象标识是一个整数序列，以点（,,”）分隔，
这些整数构成一个树型结构。
? N U L L 代表相关的变量没有值。
? I p A d d r e s s 4字节长度的 OCTER
STRING，以网络序表示的 I P地址。
? P h y s A d d r e s s OCTER STRING类型，
代表物理地址
? Co u n t e r 非负的整数，可从 0递增到 232-1
（ 4294976295），达到最大值后归 0。
? G a u g e 非负的整数，取值范围为从 0到
4294976295(或增或减 )。达到最大值后锁定，直到复
位。例如,M I B中的 t c p C u r r E s t a b就是这种类
型的变量的一个例子，它代表目前在 E S TA B L I S H E
D或 C L O S E _ WA I T状态的 T C P连接数。
? T i m e T i c k s 时间计数器，以 0, 0 1秒为单位递增，
但是不同的变量可以有不同的递增幅度。所以在定义这种
类型的变量的时候，必须指定递增幅度。
? S E Q U E N C E 这一数据类型与 C程序设计语言中的
,s t r u c t u r e”类似。一个 S E Q U E N C E包括 0个
或多个元素，每一个元素又是另一个 A S N, 1数据类型。
例如,M I B中的 U d p E n t r y就是这种类型的变量。
它代表在代理进程侧目前, 激活, 的 U D P数量（, 激活,
表示目前被应用程序所用）。在这个变量中包含两个元素：
? I p A d d r e s s类型中的 u d p L o c a l A d d r e s s，
表示 I P地址。
? I N T E G E R类型中的 u d p L o c a l P o r t，从 0到 6
5 5 3 5，表示端口号。
? SEQUENDE OF 这是一个向量的定义，其所有元素具有
相同的类型。如果每一个元素都具有简单的数据类型，例
如是整数类型，那么我们就得到一个简单的向量（一个一
维向量）。但是我们将看到,S N M P在使用这个数据类
型时，其向量中的每一个元素是一个 S E Q U E N C E
（结构）。因而可以将它看成为一个二维数组或表。例如，
名为 u d p T a b l e的 U D P监听表 ( l i s t e n e r )就是
这种类型的变量。它是一个二元的 S E Q U E N C E变量。
每个二元组就是一个 U d p E n t r y。如下图所示。
表格形式的 u d p T a b l e 变量
? SMI 标准指明了所有的 MIB 变量必须使用 抽象
语法记法 1（ ASN.1）来定义。
? ASN.1 有两个主要特点：一个是人们阅读的文档
中使用的记法，另一个是同一信息在通信协议中
使用的紧凑编码表示。这种记法使得数据的含义
不存在任何可能的二义性。
1,局部语法、传送语法与抽象语法
?,语法, 实际上就是, 符号串解释方法, 。
? 局部语法 用于数据在端系统中的存储。
? 传送语法 用于数据在线路上的传输。
? 抽象语法 是协议设计者所使用的工具，用于将设计者
的思想记录下来，便于交流和讨论。
? 计算机通信的最终目的是传递数据的语义。因此一个
数据无论采用何种表示方式，其语义不应改变。
两次转换语法
? OSI 采用两次转换语法的方法，即由发送方和接收方共同
协作完成语法转换。为此，定义了, 传送语
法, (transfer syntax)。
? 发送方把符合自己局部语法的比特串转换为符合传送语法
的比特串，接收方再把此比特串转换为符合自己局部语法
的比特串。
? 在采用这种标准的传送语法时，不仅要传送数据对象的
,值信息,,还需要传送关于该对象的, 类型信息, 。
ASN.1
(Abstract Syntax Notation One)
? ASN.1 是一种数据类型描述语言，具有类似于面向对象
程序设计语言中所提供的类型机制。
? ASN.1 可定义任意复杂结构的数据类型，而不同的数据
类型之间还可以有继承关系。
? 实际上到目前为止并没有第二个抽象语法记法出现。因
此 ASN.1 似应写为 ASN。
? 抽象语法只描述数据的结构形式且与具体的编码格式无
关，同时也不涉及这些数据结构在计算机内如何存放。
基本编码规则 BER
(Basic Encoding Rule)
? ISO 在制订 ASN.1 语言的同时也为它定义了一种
标准的编码方案，即 基本编码规则 BER。
? BER 指明了每种数据类型中每个数据的值的表示
? 发送端用 BER 编码，可将用 ASN.1 所表述的报
文转换成惟一的比特序列。接收端用 BER 进行解
码，得到该比特序列所表示的 ASN.1 报文。
ASN.1 的两个标准
(1) 抽象语法记法 1 (ASN.1)
ISO 8824 ITU-T X.208
(2) ASN.1的基本编码规则 BER
ISO 8825 ITU-T X.209
? ASN.1 和 ASN.1 基本编码规则的区别就是,ASN.1 是
用来定义各种应用协议数据单元的数据类型的工具，是
描述抽象语法的一种语言。 ASN.1 基本编码规则用于描
述各应用协议数据单元类型所代表的数据值。
2,抽象语法记法 ASN.1 的要点
(1) 标识符（即值的名或字段名）、数据类型名和模
块名由大写或小写字母、数字、以及连字符组成。
(2) ASN.1 固有的数据类型全部由大写字母组成
(3) 用户自定义的数据类型名和模块名的第一个字母
用大写，后面至少要有一个非大写字母。
抽象语法记法 ASN.1 的要点
(4) 标识符 (identifier)的第一个字母用小写，后面
可用数字、连字符以及一些大写字母以增加可读性。
(5) 多个空格或空行都被认为是一个空格
(6) 注释由两个连字符 (--)表示开始，由另外两个连
字符或行结束符表示结束。
? ASN.1 把数据类型分为 简单类型 和 构造类型 两种
ASN.1 的部分类型
分类 标记 类型名称 主要特点
简 UNIVERSAL 2 INTEGER 取整数值
单 UNIVERSAL 4 OCTET STRING 取八位位组序列值
类 UNIVERSAL 5 NULL 只取空值的
型 UNIVERSAL 6 OBJECT IDENTIFIER 与信息对象相关联
的值的集合
构 UNIVERSAL 16 SEQUENCE 取值为多个数据类型
的按序组成的值
造 UNIVERSAL 16 SEQUENCE-OF 取值为同一数据类型
的按序组成的值
类 无标记 CHOICE 可选择多个数据类型
中的某一个数据类型
型 无标记 ANY 可描述事先还不知道
的任何类型的任何值
标记 (tab)
? ASN.1 规定每一个数据类型应当有一个能
够惟一被识别的标记，以便能无二义性地
标识各种数据类型。
? 标记有两个分量，一个分量是标记的 类
(class)，另一个分量是 非负整数 。
标记共划分为以下的四类 (class)
(1) 通用类 (Universal)——由 ASN.1 分配给所定义的最常
用的一些数据类型，它与具体的应用无关。
(2) 应用类 (Application-wide)——与某个特定应用相关联
的类型（被其他标准所定义）。
(3) 上下文类 (Context-specific)——上下文所定义的类型，
它属于一个应用的子集。
(4) 专用类 (Private)——保留为一些厂家所定义的类型，
在 ASN.1 标准中未定义。
3,ASN.1 的基本编码规则
? TLV 方法进行编码 ——把各种数据元素表示为以下三个字
段组成的八位位组序列：
(1) T 字段，即标识符八位位组 (identifier octet)，用于标
识 标记 。
(2) L 字段，即长度用八位位组 (length octet)，用于标识
后面 V 字段的 长度 。
(3) V 字段，即内容八位位组 (content octet)，用于标识数
据元素的 值 。
用 TLV 方法进行编码
T（标记）
标识符八位位组
L（长度）
长度八位位组
V（值）
内容八位位组
比特 8 7 6 5 4 3 2 1
通用类 0 0 0 简 单 类 型
应用类 0 1 1 构 造 类 型
上下文类 1 0
专用类 1 1
类 别 P/C 标 记 编 号
SNMP 的 Get-request 报文 ASN.1 编码
V
2B 06 01 02 01 01 01 00
L
08
T
OBJECT IDENTIFIER
T
NULL
L
00
L
01
T
SEQUENCE
L
0C name value
T
OCTET STRING
T
INTEGER
L
01
V
00
V
70 75 62 6C 69 63
T
A0
L
1C Get-request-PDU-V
L
06
L
0E
L
04
T
INTEGER
L
01
Message-T
SEQUENCE
Message-L
29 Message-V
Version Community Get-request-PDU
request-id error-status error-index variable-bindings
T
INTEGER
V
05 AE 56 02
V
00
T
SEQUENCE OF
T
INTEGER
V
00 VarBind
request-ID
“public”
1.3,6,1,2,1,1,1,0
SNMP get-request 报文的编码
30 29 {类型 SEQUENCE，长度 2916 = 4110}
02 01 00 {类型 INTEGER，长度 0116，版本 = 0}
04 06 70 75 62 6C 69 63
{类型 OCTET STRING，长度 616,,public” }
A0 1C {类型, 上下文结构类型,,长度 1C16}
02 04 05 AE 56 02
{类型 INTEGER，长度 0416,request-id = 05 AE 56 02}
02 01 00
{类型 INTEGER，长度 0116,error status = 0016}
02 01 00
{类型 INTEGER，长度 0116,error index = 0016}
30 0E {类型 SEQUENCE OF，长度 0E16}
30 0C {类型 SEQUENCE，长度 0C16}
06 08 2B 06 01 02 01 01 01 00
{类型 OBJECT IDENTIFIER，长度 0816,sysDescr}
05 00 {类型 NULL，长度 0016}
几点说明
(1) 编码一律用 十六进制数来表示。
(2) 要特别注意在 V 字段中出现的嵌套。
(3) 顶级和二级结点合并成子标识符。算法是：
若顶级结点和二级结点的值分别为 X 和 Y，子网得出的子
标识符的值为 40X ? Y。这样就得出 sysDescr 在进行编
码时的对象标识符为 43.6.1.2.1.1.1.0 （即占两个字符的
1.3 压缩为占一个字符的 43），节省了一个字符的空间。
几点说明
(4) 最后得到的用十六进制表示的编码如下所示：
30 29 02 01 00 04 06 70 75 62 6C 69 63
A0 1C 02 04 05 AE 56 02 02 01 00 02 01
00 30 0E 30 0C 06 08 2B 06 01 02 01 01
01 00 05 00
? 这就是作为 UDP 用户数据报的数据部分的一个
完整的 SNMP 报文。
9.1.4 管理信息库 MIB
? RFC1213
? 管理信息库就是所有代理进程包含的、并且能够
被管理进程进行查询和设 置的信息的集合。
? 只有在 MIB 中的对象才是 SNMP 所能够管理的。
? SNMP 的管理信息库采用和域名系统 DNS 相似的树形结
构，它的根在最上面，根没有名字。
管理信息库的对象命名树举例
根
iso (1)ccitt (0) joint-iso-ccitt (2)
member body (2)
dod (6)
internet (1) 1.3.6.1
mgmt (2)directory (1) experimental (3) private (4)
enterprises(1) 1.3.6.1.4.1mib-2 (1) 1.3.6.1.2.1
system(1) interface(2) at(3) ip(4) icmp(5) tcp(6) udp(7) egp(8)
… … … … … … ……
…
standard (0) registration authority (1) identified organization (3)
snmpv2 (6)security (5)
…
…
? 企业 (enterprise)
? 陷阱类型
? 特定代码 (specific-code)
? 时间戳 (timestamp)
9.1.5 SNMPv2 和 SNMPv3
SNMP 的主要缺点是：
(1) 不能有效地传送大块的数据
(2) 不能将网络管理的功能分散化
(3) 安全性不够好
SNMPv2
? 1996 年发布 IETF 发布了 8 个 SNMPv2 文档 [RFC
1901~1908]。但 SNMPv2 在安全方面的设计过分复
杂，使得有些人不愿意接受它。
? SNMPv2 增加了 get-bulk-request 命令，可一次从路
由器的路由表中读取许多行的信息。
? SNMPv2 的 get 命令允许返回部分的变量值，这就提高
了效率，减少了网络上的通信量。
? SNMPv2 采用了分散化的管理方法。在一个网络中可以
有多个顶级管理站，叫做管理服务器。
SNMPv2
? 增加了一个 inform 命令和一个管理进程到管理
进程的 MIB (manager-to-manager MIB)。
? 使用这种 inform 命令可以使管理进程之间互相
传送有关的事件信息而不需要经过请求。这样的
信息则定义在管理进程到管理进程的 MIB中。
SNMPv3
? 1998 年 1 月 IETF 发表了 SNMPv3 的有关文
档 [RFC 2271-2275]。
? 仅隔 15 个月后就更新为 [RFC 2571-2575]。
? SNMPv3 最大的改进就是安全特性。也就是说，
只有被授权的人员才有资格执行网络管理的功
能（如关闭某一条链路）和读取有关网络管理
的信息（如读取一个配置文件的内容）。
9.2 远程登录,Rlogin和 Telnet
? 9.1.1 Rlogin
? 9.2.2 Telnet
9.3 文件传输协议,FTP
9.4 简单邮件传输协议,SMTP
必做作业
? 查资料：网络管理
参考书,网管员必读．网络管理
网管员必读：服务器与数据存储
网管员必读：超级网管经验谈
? 基于 SNMP的网络拓扑发现
选做作业
? 编程实现 SNMP协议，获取路由器中的相
关信息。要求：
? 采用 VC进行编程
? 根据某路由器的 IP地址及共同体名，获取该路由
器的系统信息。
? 获取路由器的 IP地址信息以及路由表信息
? 以此路由器为源结点，采用深度优先依次
得到其他路由器的信息，从而实现网络拓
扑发现。
应用层协议
TCP/IP详解卷 1,CH25,CH26,CH27,CH28
谢希仁计算机网络第四版 P330-343
主要内容
? 9.1 简单网络管理协议,SNMP
? 9.2 远程登录,Rlogin和 Telnet
? 9.3 文件传输协议,FTP
? 9.4 简单邮件传输协议,SMTP
9.1 简单网络管理协议,SNMP
? 9.1.1 网络管理的基本概念
? 9.1.2 简单网络管理协议 SNMP
? 9.3 管理信息结构 SMI
? 9.1.4 管理信息库 MIB
? 9.1.5 SNMPv2 和 SNMPv3
9.1.1 网络管理的基本概念
? 网络管理 包括对硬件、软件和人力的使用、综合
与协调，以便对网络资源进行监视、测试、配置、
分析、评价和控制，这样就能以合理的价格满足
网络的一些需求，如实时运行性能，服务质量等。
网络管理常简称为 网管 。
? 我们可以看到，网络管理并不是指对网络进行行
政上的管理。
网络管理的一般模型
管理站
因特网
网络
管理员
被管设备
—— 管理程序（运行 SNMP 客户程序）
—— 代理程序（运行 SNMP 服务器程序）
A
A
AA
M
被管设备
被管设备
被管设备
M
A
A
被管设备
管理进程和代理进程之间的通信
可以有两种方式
? 管理进程向代理进程发出请求，询问一个具体的参
数值。
? 代理进程主动向管理进程报告有某些重要的事件发
生
当然，管理进程除了可以向代理进程询问某些参数
值以外，它还可以按要求改变代理进程的参数值
基于 T C P / I P的网络管理
包含 3个组成部分
? 一个管理信息库 M I B，包含所有代理进程的所有
可被查询和修改的参数。 RFC 1213 MIB-II
? 管理信息结构 S M I，是关于 M I B的一套公用的
结构和表示符号。 RFC 1155
? 管理进程和代理进程之间的通信协议，叫简单网
络管理协议 S N M P。 RFC 1157
客户服务器方式
? 管理程序和代理程序按 客户服务器方式 工作。
? 管理程序运行 SNMP 客户程序,向某个代理
程序发出请求（或命令），代理程序运行
SNMP 服务器程序,返回响应（或执行某个动
作）。
? 在网管系统中往往是一个（或少数几个）客户
程序与很多的服务器程序进行交互。
OSI 的五个管理功能域 FCAPS
(1) 故障管理 ——对网络中被管对象故障的检测、定位和排
除。
(2) 配置管理 ——用来定义、识别、初始化、监控网络中的
被管对象，改变被管对象的操作特性，报告被管对象状态
的变化。
(3) 计费管理 —— 记录用户使用网络资源的情况并核收费
用，同时也统计网络的利用率。
(4) 性能管理 ——用最少网络资源和最小时延的前提下，网
络能提供可靠、连续的通信能力。
(5) 安全管理 ——保证网络不被非法使用。
9.1.2 简单网络管理协议 SNMP
? 网络管理的基本原理：
若要管理某个对象，就必然会给该对象添加一
些软件或硬件，但这种, 添加, 必须对原有对
象的影响尽量小些。
? SNMP 发布于 1988 年。 IETF 在 1990 年制
订的网管标准 SNMP 是因特网的正式标准。
? 以后有了新版本 SNMPv2 和 SNMPv3，因此
原来的 SNMP 又称为 SNMPv1。
SNMP 的指导思想
? SNMP 最重要的指导思想就是要尽可能简单。
? SNMP 的基本功能包括监视网络性能、检测分析网络差
错和配置网络设备等。
? 在网络正常工作时,SNMP 可实现统计、配置、和测试
等功能。当网络出故障时，可实现各种差错检测和恢复
功能。
? 虽然 SNMP 是在 TCP/IP 基础上的网络管理协议，但
也可扩展到其他类型的网络设备上。
? 用 轮询 +中断 的方式工作
SNMP 的典型配置
SNMP
UDP
IP
管理进程
网络接口
网络
管理员 MIB
管理站
路由器
SNMP
UDP
IP
代理进程
网络接口
TCP
FTP 等
用户进程
主机
因特网
SNMP
UDP
IP
代理进程
网络接口
TCP
FTP 等
用户进程
主机
SNMP
UDP
IP
代理进程
网络接口
SNMP 的管理站和委托代理
? 整个系统必须有一个 管理站
? 管理进程和代理进程利用 SNMP 报文进行通信，
而 SNMP 报文又使用 UDP 来传送。
? 若网络元素使用的不是 SNMP 而是另一种网络
管理协议,SNMP 协议就无法控制该网络元素。
这时可使用 委托代理 (proxy agent)。委托代理
能提供如协议转换和过滤操作等功能对被管对象
进行管理。
SNMPv1 的五种协议数据单元
? SNMPv1 规定了五种协议数据单元 PDU（即 SNMP 报
文），用来在管理进程和代理之间的交换。
? SNMP的操作只有两种基本的管理功能，即：
(1)“读, 操作，用 get报文来检测各被管对象的状况；
(2)“写, 操作，用 set报文来改变各被管对象的状况。
SNMP 的探询操作
? 探询操作 ——SNMP 管理进程定时向被管理设备周期性
地发送探询信息。
? 探询的好处是：
? 可使系统相对简单
? 能限制通过网络所产生的管理信息的通信量
? 但探询管理协议不够灵活，而且所能管理的设备数目不
能太多。探询系统的开销也较大。如探询频繁而并未得
到有用的报告，则通信线路和计算机的 CPU 周期就被
浪费了。
陷阱 (trap)
? SNMP 不是完全的探询协议，它允许不经过询问就能发
送某些信息。这种信息称为 陷阱,表示它能够捕捉, 事
件, 。
? 这种陷阱信息的参数是受限制的。
? 当被管对象的代理检测到有事件发生时，就检查其门限
值。代理只向管理进程报告达到某些门限值的事件（即
过滤 ）。过滤的好处是：
? 仅在严重事件发生时才发送陷阱
? 陷阱信息很简单且所需字节数很少
SNMP 是有效的网络管理协议
? 使用 轮询 （至少是周期性地）以维持对
网络资源的实时监视，同时也采用 陷阱
机制报告特殊事件，使得 SNMP 成为一
种有效的网络管理协议。
SNMP 使用的端口
? SNMP 使用无连接的 UDP，因此在网络上传送 SNMP
报文的开销较小。但 UDP 不保证可靠交付。
? 在运行代理程序的服务器端用熟知端口 161 来接收 get
或 set 报文和发送响应报文（与熟知端口通信的客户端
使用临时端口）。
? 运行管理程序的客户端则使用熟知端口 162 来接收来自
各代理的 trap 报文。
SNMPv1 定义的协议数据单元类型
PDU PDU名称 用途
编号
0 get-request 用来查询一个或多个变量的值
1 get-next-request 允许在 MIB 树上检索下一个变
量，此操作可反复进行
2 get-reponse 对 get/set 报文作出响应，并提
供差错码、差错状态等信息
3 set-request 对一个或多个变量值进行设置
4 Trap 向管理进程报告代理中发生的
事件
SNMP的 5种操作
SNMPv1 的报文格式
UDP 数据报
IP 数据报
SNMP 报文
get/set 报文
IP
首部
UDP
首部 SNMP PDU 版本 共同体
PDU 类型
(0~3) 差错索引
差错状态
(0~5)请求标识符 名 名值 值
…
trap 首部 变量绑定
20字节 8字节
PDU 类型
(4) 名 值 …企业
代理的
IP 地址
trap类型
(0 ~6)
特定
代码 时间戳 值 名
get/set 首部 变量绑定
trap 报文
? 版本 SNMP版本号减去 1，显然 SNMP v1该字
段是 0。
? 共同体 是管理进程和代理进程之间的口令，是
明文格式，默认值是 public
? PDU类型 显示各种 PDU对应的值
? 请求标识 对于 g e t,g e t - n e x t和 s e t操作，
由管理进程设置，然后由代理进程在 g e t -r e s
p o n s e中返回。这个字段的作用是使客户进程
（即管理进程）能够将服务器进程（即代理进程）
发出的响应和客户进程发出的查询进行匹配。这
个字段允许管理进程对一个或多个代理进程发出
多个请求，并且从返回的众多应答中进行分类
? 差错状态 是一个整数，它是由代理进程标注的，
指明有差错发生。
? 差错索引 是一个整数偏移量，指明当有差错发
生时，差错发生在哪个参数。它是由代理进程标
注的，并且只有在发生 noSuchName、
readOnly和 badValue差错时才进行标注。
? 在 get,get-next和 set的请求数据报中，包含 变
量名称和变量值 的一张表。对于 get和 get-next
操作，变量值部分被忽略，也就是不需要填写。
? 对于 trap操作符（ PDU类型是 4）,SNMP报文
格式有所变化。
Trap
? 代理进程也可以主动发送 trap到管理进程，以告
诉管理进程在代理进程侧有某些管理进程所关心
的事件发生,trap发送到管理进程的 162号端口。
? 现在已经定义了 6种特定的 trap类型，第 7种 trap
类型是由供应商自己定义的特定类型。
trap 报文
trap 首部 变量绑定
PDU 类型
(4) 名 值 …企业
代理的
IP 地址
trap类型
(0 ~6)
特定
代码 时间戳 值 名
?企业 填入产生陷阱报文的网络设备的对象标识符
?代理的 IP地址
trap类型
? 特定代码 指名代理自定义的事件（若陷阱
类型为 0），否则为 0。
? 时间戳 指明自代理进程初始化到陷阱报告
的事件发生所经历的时间
9.3 管理信息结构 SMI
(Structure of Management
Information)
? SMI 定义了所有的 MIB 变量的数据结构
数据类型
? INTEGER 有些整型变量没有范围限制，有些整
型变量定义为特定的数值，有些整型变量定义为
一个特定的范围。
? OCTER STRING 0或多个 8 bit字节，每个字
节值在 0~ 255之间。
? DisplayString 0或多个 8 bit字节，但是每个字
节必须是 ASCII码，在 MIB-II中，所有该类型的
变量不能超过 255个字符（ 0个字符是可以的）
? OBJECT IDENTIFIER 指明一种, 授权, 命名
的对象，它是由一些权威机构进行管理和分配的。
对象标识是一个整数序列，以点（,,”）分隔，
这些整数构成一个树型结构。
? N U L L 代表相关的变量没有值。
? I p A d d r e s s 4字节长度的 OCTER
STRING，以网络序表示的 I P地址。
? P h y s A d d r e s s OCTER STRING类型，
代表物理地址
? Co u n t e r 非负的整数，可从 0递增到 232-1
（ 4294976295），达到最大值后归 0。
? G a u g e 非负的整数，取值范围为从 0到
4294976295(或增或减 )。达到最大值后锁定，直到复
位。例如,M I B中的 t c p C u r r E s t a b就是这种类
型的变量的一个例子，它代表目前在 E S TA B L I S H E
D或 C L O S E _ WA I T状态的 T C P连接数。
? T i m e T i c k s 时间计数器，以 0, 0 1秒为单位递增，
但是不同的变量可以有不同的递增幅度。所以在定义这种
类型的变量的时候，必须指定递增幅度。
? S E Q U E N C E 这一数据类型与 C程序设计语言中的
,s t r u c t u r e”类似。一个 S E Q U E N C E包括 0个
或多个元素，每一个元素又是另一个 A S N, 1数据类型。
例如,M I B中的 U d p E n t r y就是这种类型的变量。
它代表在代理进程侧目前, 激活, 的 U D P数量（, 激活,
表示目前被应用程序所用）。在这个变量中包含两个元素：
? I p A d d r e s s类型中的 u d p L o c a l A d d r e s s，
表示 I P地址。
? I N T E G E R类型中的 u d p L o c a l P o r t，从 0到 6
5 5 3 5，表示端口号。
? SEQUENDE OF 这是一个向量的定义，其所有元素具有
相同的类型。如果每一个元素都具有简单的数据类型，例
如是整数类型，那么我们就得到一个简单的向量（一个一
维向量）。但是我们将看到,S N M P在使用这个数据类
型时，其向量中的每一个元素是一个 S E Q U E N C E
（结构）。因而可以将它看成为一个二维数组或表。例如，
名为 u d p T a b l e的 U D P监听表 ( l i s t e n e r )就是
这种类型的变量。它是一个二元的 S E Q U E N C E变量。
每个二元组就是一个 U d p E n t r y。如下图所示。
表格形式的 u d p T a b l e 变量
? SMI 标准指明了所有的 MIB 变量必须使用 抽象
语法记法 1（ ASN.1）来定义。
? ASN.1 有两个主要特点：一个是人们阅读的文档
中使用的记法，另一个是同一信息在通信协议中
使用的紧凑编码表示。这种记法使得数据的含义
不存在任何可能的二义性。
1,局部语法、传送语法与抽象语法
?,语法, 实际上就是, 符号串解释方法, 。
? 局部语法 用于数据在端系统中的存储。
? 传送语法 用于数据在线路上的传输。
? 抽象语法 是协议设计者所使用的工具，用于将设计者
的思想记录下来，便于交流和讨论。
? 计算机通信的最终目的是传递数据的语义。因此一个
数据无论采用何种表示方式，其语义不应改变。
两次转换语法
? OSI 采用两次转换语法的方法，即由发送方和接收方共同
协作完成语法转换。为此，定义了, 传送语
法, (transfer syntax)。
? 发送方把符合自己局部语法的比特串转换为符合传送语法
的比特串，接收方再把此比特串转换为符合自己局部语法
的比特串。
? 在采用这种标准的传送语法时，不仅要传送数据对象的
,值信息,,还需要传送关于该对象的, 类型信息, 。
ASN.1
(Abstract Syntax Notation One)
? ASN.1 是一种数据类型描述语言，具有类似于面向对象
程序设计语言中所提供的类型机制。
? ASN.1 可定义任意复杂结构的数据类型，而不同的数据
类型之间还可以有继承关系。
? 实际上到目前为止并没有第二个抽象语法记法出现。因
此 ASN.1 似应写为 ASN。
? 抽象语法只描述数据的结构形式且与具体的编码格式无
关，同时也不涉及这些数据结构在计算机内如何存放。
基本编码规则 BER
(Basic Encoding Rule)
? ISO 在制订 ASN.1 语言的同时也为它定义了一种
标准的编码方案，即 基本编码规则 BER。
? BER 指明了每种数据类型中每个数据的值的表示
? 发送端用 BER 编码，可将用 ASN.1 所表述的报
文转换成惟一的比特序列。接收端用 BER 进行解
码，得到该比特序列所表示的 ASN.1 报文。
ASN.1 的两个标准
(1) 抽象语法记法 1 (ASN.1)
ISO 8824 ITU-T X.208
(2) ASN.1的基本编码规则 BER
ISO 8825 ITU-T X.209
? ASN.1 和 ASN.1 基本编码规则的区别就是,ASN.1 是
用来定义各种应用协议数据单元的数据类型的工具，是
描述抽象语法的一种语言。 ASN.1 基本编码规则用于描
述各应用协议数据单元类型所代表的数据值。
2,抽象语法记法 ASN.1 的要点
(1) 标识符（即值的名或字段名）、数据类型名和模
块名由大写或小写字母、数字、以及连字符组成。
(2) ASN.1 固有的数据类型全部由大写字母组成
(3) 用户自定义的数据类型名和模块名的第一个字母
用大写，后面至少要有一个非大写字母。
抽象语法记法 ASN.1 的要点
(4) 标识符 (identifier)的第一个字母用小写，后面
可用数字、连字符以及一些大写字母以增加可读性。
(5) 多个空格或空行都被认为是一个空格
(6) 注释由两个连字符 (--)表示开始，由另外两个连
字符或行结束符表示结束。
? ASN.1 把数据类型分为 简单类型 和 构造类型 两种
ASN.1 的部分类型
分类 标记 类型名称 主要特点
简 UNIVERSAL 2 INTEGER 取整数值
单 UNIVERSAL 4 OCTET STRING 取八位位组序列值
类 UNIVERSAL 5 NULL 只取空值的
型 UNIVERSAL 6 OBJECT IDENTIFIER 与信息对象相关联
的值的集合
构 UNIVERSAL 16 SEQUENCE 取值为多个数据类型
的按序组成的值
造 UNIVERSAL 16 SEQUENCE-OF 取值为同一数据类型
的按序组成的值
类 无标记 CHOICE 可选择多个数据类型
中的某一个数据类型
型 无标记 ANY 可描述事先还不知道
的任何类型的任何值
标记 (tab)
? ASN.1 规定每一个数据类型应当有一个能
够惟一被识别的标记，以便能无二义性地
标识各种数据类型。
? 标记有两个分量，一个分量是标记的 类
(class)，另一个分量是 非负整数 。
标记共划分为以下的四类 (class)
(1) 通用类 (Universal)——由 ASN.1 分配给所定义的最常
用的一些数据类型，它与具体的应用无关。
(2) 应用类 (Application-wide)——与某个特定应用相关联
的类型（被其他标准所定义）。
(3) 上下文类 (Context-specific)——上下文所定义的类型，
它属于一个应用的子集。
(4) 专用类 (Private)——保留为一些厂家所定义的类型，
在 ASN.1 标准中未定义。
3,ASN.1 的基本编码规则
? TLV 方法进行编码 ——把各种数据元素表示为以下三个字
段组成的八位位组序列：
(1) T 字段，即标识符八位位组 (identifier octet)，用于标
识 标记 。
(2) L 字段，即长度用八位位组 (length octet)，用于标识
后面 V 字段的 长度 。
(3) V 字段，即内容八位位组 (content octet)，用于标识数
据元素的 值 。
用 TLV 方法进行编码
T（标记）
标识符八位位组
L（长度）
长度八位位组
V（值）
内容八位位组
比特 8 7 6 5 4 3 2 1
通用类 0 0 0 简 单 类 型
应用类 0 1 1 构 造 类 型
上下文类 1 0
专用类 1 1
类 别 P/C 标 记 编 号
SNMP 的 Get-request 报文 ASN.1 编码
V
2B 06 01 02 01 01 01 00
L
08
T
OBJECT IDENTIFIER
T
NULL
L
00
L
01
T
SEQUENCE
L
0C name value
T
OCTET STRING
T
INTEGER
L
01
V
00
V
70 75 62 6C 69 63
T
A0
L
1C Get-request-PDU-V
L
06
L
0E
L
04
T
INTEGER
L
01
Message-T
SEQUENCE
Message-L
29 Message-V
Version Community Get-request-PDU
request-id error-status error-index variable-bindings
T
INTEGER
V
05 AE 56 02
V
00
T
SEQUENCE OF
T
INTEGER
V
00 VarBind
request-ID
“public”
1.3,6,1,2,1,1,1,0
SNMP get-request 报文的编码
30 29 {类型 SEQUENCE，长度 2916 = 4110}
02 01 00 {类型 INTEGER，长度 0116，版本 = 0}
04 06 70 75 62 6C 69 63
{类型 OCTET STRING，长度 616,,public” }
A0 1C {类型, 上下文结构类型,,长度 1C16}
02 04 05 AE 56 02
{类型 INTEGER，长度 0416,request-id = 05 AE 56 02}
02 01 00
{类型 INTEGER，长度 0116,error status = 0016}
02 01 00
{类型 INTEGER，长度 0116,error index = 0016}
30 0E {类型 SEQUENCE OF，长度 0E16}
30 0C {类型 SEQUENCE，长度 0C16}
06 08 2B 06 01 02 01 01 01 00
{类型 OBJECT IDENTIFIER，长度 0816,sysDescr}
05 00 {类型 NULL，长度 0016}
几点说明
(1) 编码一律用 十六进制数来表示。
(2) 要特别注意在 V 字段中出现的嵌套。
(3) 顶级和二级结点合并成子标识符。算法是：
若顶级结点和二级结点的值分别为 X 和 Y，子网得出的子
标识符的值为 40X ? Y。这样就得出 sysDescr 在进行编
码时的对象标识符为 43.6.1.2.1.1.1.0 （即占两个字符的
1.3 压缩为占一个字符的 43），节省了一个字符的空间。
几点说明
(4) 最后得到的用十六进制表示的编码如下所示：
30 29 02 01 00 04 06 70 75 62 6C 69 63
A0 1C 02 04 05 AE 56 02 02 01 00 02 01
00 30 0E 30 0C 06 08 2B 06 01 02 01 01
01 00 05 00
? 这就是作为 UDP 用户数据报的数据部分的一个
完整的 SNMP 报文。
9.1.4 管理信息库 MIB
? RFC1213
? 管理信息库就是所有代理进程包含的、并且能够
被管理进程进行查询和设 置的信息的集合。
? 只有在 MIB 中的对象才是 SNMP 所能够管理的。
? SNMP 的管理信息库采用和域名系统 DNS 相似的树形结
构，它的根在最上面，根没有名字。
管理信息库的对象命名树举例
根
iso (1)ccitt (0) joint-iso-ccitt (2)
member body (2)
dod (6)
internet (1) 1.3.6.1
mgmt (2)directory (1) experimental (3) private (4)
enterprises(1) 1.3.6.1.4.1mib-2 (1) 1.3.6.1.2.1
system(1) interface(2) at(3) ip(4) icmp(5) tcp(6) udp(7) egp(8)
… … … … … … ……
…
standard (0) registration authority (1) identified organization (3)
snmpv2 (6)security (5)
…
…
? 企业 (enterprise)
? 陷阱类型
? 特定代码 (specific-code)
? 时间戳 (timestamp)
9.1.5 SNMPv2 和 SNMPv3
SNMP 的主要缺点是：
(1) 不能有效地传送大块的数据
(2) 不能将网络管理的功能分散化
(3) 安全性不够好
SNMPv2
? 1996 年发布 IETF 发布了 8 个 SNMPv2 文档 [RFC
1901~1908]。但 SNMPv2 在安全方面的设计过分复
杂，使得有些人不愿意接受它。
? SNMPv2 增加了 get-bulk-request 命令，可一次从路
由器的路由表中读取许多行的信息。
? SNMPv2 的 get 命令允许返回部分的变量值，这就提高
了效率，减少了网络上的通信量。
? SNMPv2 采用了分散化的管理方法。在一个网络中可以
有多个顶级管理站，叫做管理服务器。
SNMPv2
? 增加了一个 inform 命令和一个管理进程到管理
进程的 MIB (manager-to-manager MIB)。
? 使用这种 inform 命令可以使管理进程之间互相
传送有关的事件信息而不需要经过请求。这样的
信息则定义在管理进程到管理进程的 MIB中。
SNMPv3
? 1998 年 1 月 IETF 发表了 SNMPv3 的有关文
档 [RFC 2271-2275]。
? 仅隔 15 个月后就更新为 [RFC 2571-2575]。
? SNMPv3 最大的改进就是安全特性。也就是说，
只有被授权的人员才有资格执行网络管理的功
能（如关闭某一条链路）和读取有关网络管理
的信息（如读取一个配置文件的内容）。
9.2 远程登录,Rlogin和 Telnet
? 9.1.1 Rlogin
? 9.2.2 Telnet
9.3 文件传输协议,FTP
9.4 简单邮件传输协议,SMTP
必做作业
? 查资料：网络管理
参考书,网管员必读．网络管理
网管员必读：服务器与数据存储
网管员必读：超级网管经验谈
? 基于 SNMP的网络拓扑发现
选做作业
? 编程实现 SNMP协议，获取路由器中的相
关信息。要求：
? 采用 VC进行编程
? 根据某路由器的 IP地址及共同体名，获取该路由
器的系统信息。
? 获取路由器的 IP地址信息以及路由表信息
? 以此路由器为源结点，采用深度优先依次
得到其他路由器的信息，从而实现网络拓
扑发现。
