解析MIB文件的API設(shè)計(jì)與應(yīng)用

林　剛　文全剛　傅曉陽　尹　賀

(吉林大學(xué)珠海學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系　廣東 珠海 519041)

0　引　言

伴隨著科技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)及其技術(shù)的應(yīng)用在人們?nèi)粘Ｉ钪械谋戎卦絹碓酱蟆Ｗ悴怀鰬簦涂梢酝ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)輕松完成購物、訂餐、訂房、訂票、預(yù)約車等活動(dòng)。支撐網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的硬件設(shè)備是否正常運(yùn)行，在一定程度上影響著現(xiàn)代人的生活質(zhì)量。由此，關(guān)注網(wǎng)絡(luò)管理相關(guān)技術(shù)具有重大意義。概括來說，網(wǎng)絡(luò)管理是管理進(jìn)程(也稱管理站)通過代理進(jìn)程對被管設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)框架由3個(gè)部分組成，管理信息庫MIB，管理信息結(jié)構(gòu)SMI和簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP。其中，MIB包含代理進(jìn)程可被查詢和修改的參數(shù)，正在被使用的是MIB-II。互聯(lián)網(wǎng)工程部(IETF)于1991年發(fā)布了MIB-II的定義文件RFC(Request For Comments) 1213，用于替代原先在RFC 1156文件中定義的MIB-I；SMI是MIB的公用結(jié)構(gòu)和表示符號(hào)；SNMP是管理進(jìn)程和代理進(jìn)程之間的通信協(xié)議，版本有v1、v2和v3[1]。MIB文件的準(zhǔn)確解析，是獲取設(shè)備準(zhǔn)確信息，有效網(wǎng)絡(luò)管理的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文描述MIB定義文件，分析了幾種有代表性的數(shù)據(jù)類型，設(shè)計(jì)了一套MIB文件解析API，并使用C#實(shí)現(xiàn)了MIB文件的解析。

1　MIB定義文件

1.1　MIB定義文件結(jié)構(gòu)

為了獲取到指定數(shù)據(jù)內(nèi)容，代理進(jìn)程需要知道對應(yīng)的對象標(biāo)識(shí)符OID以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。在MIB定義文件中，這些信息使用抽象語法標(biāo)記ASN.1(Abstract Syntax Notation One)進(jìn)行定義。ASN.1是國際的標(biāo)準(zhǔn)化，與廠家無關(guān)，與平臺(tái)無關(guān)，與語言無關(guān)，使用ASN.1定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，抽象程度高[2]。

下面代碼說明了MIB定義文件內(nèi)容結(jié)構(gòu)，節(jié)選自RFC 1213[4]，其中“……”表示省略的部分內(nèi)容。

RFC1213-MIB DEFINITIONS ::= BEGIN

IMPORTS

mgmt,NetworkAddress,IpAddress,Counter,Gauge,TimeTicks

FROM RFC1155-SMI

OBJECT-TYPE

FROM RFC-1212;

……

END

MIB定義文件內(nèi)容結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

1) 以“xxx DEFINITIONS ::= BEGIN”開頭，以“END”結(jié)尾。

2) 可以引用其他MIB文件中已經(jīng)定義的數(shù)據(jù)類型，語法格式為“IMPORTS ... FROM...”。

3) 數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)定義被包含在“IMPORTS”語句結(jié)束之后，“END”之前的中間部分。

1.2　MIB定義文件中常用數(shù)據(jù)類型

MIB定義文件中的使用數(shù)據(jù)類型較多，除了ASN.1定義的原始基本類型INTEGER、OCTET STRING、OBJECT IDENTIFIER和NULL之外，還包含定義類型NetworkAddress、IpAddress、Counter、Gauge、TimeTicks、Opaque，以及構(gòu)造類型SEQUENCE等，在RFC 1155中能找到相關(guān)說明[3]。

下面列出幾種有代表性的數(shù)據(jù)類型，相關(guān)代碼節(jié)選自RFC 1213[4]和RFC 1743[5]。

1) 簡單的OBJECT-TYPE類型定義，用于描述被管理對象[6]。如ifIndex，依附于父對象ifEntry。

ifIndex OBJECT-TYPE

SYNTAX INTEGER

ACCESS read-only

STATUS mandatory

DESCRIPTION

″A unique value for ……

::= { ifEntry 1}

2) SEQUENCE類型定義，如IfEntry類型，ifEntry包含子元素ifIndex，ifDescr等。

ifEntry OBJECT-TYPE

SYNTAX IfEntry

ACCESS not-accessible

STATUS mandatory

DESCRIPTION

″An interface ……

INDEX { ifIndex }

::= { ifTable 1 }

IfEntry ::=

SEQUENCE {

ifIndex

INTEGER,

ifDescr

DisplayString,

……

}

3) 有序列表類型定義，如ifTable是IfEntry有序列表類型。

ifTable OBJECT-TYPE

SYNTAX SEQUENCE OF IfEntry

ACCESS not-accessible

STATUS mandatory

DESCRIPTION

″A list ……

::= { interfaces 2 }

4) MODULE-IDENTITY類型定義，用于描述信息模塊[6]，如dot5。

dot5 MODULE-IDENTITY

LAST-UPDATED ″9410231150Z″

ORGANIZATION ″IETF ……

::= { transmission 9 }

5) 使用“OBJECT IDENTIFIER”定義一種對象的標(biāo)識(shí)符值[6]，如mib-2。

mib-2 OBJECT IDENTIFIER ::= { mgmt 1 }

1.3　MIB定義文件關(guān)系

使用IMPORTS和EXPORTS語句之后，MIB定義文件不再是孤立的，而是彼此相互關(guān)聯(lián)。在MIB定義文件中，使用EXPORTS語句，導(dǎo)出定義的數(shù)據(jù)類型或者是父OID值，在其他MIB定義文件中，使用IMPORTS語句，導(dǎo)入和使用這些數(shù)據(jù)類型和值。通過分析MIB定義文件中的IMPORTS和EXPORTS語句，可以明確MIB定義文件之間的相互依賴關(guān)系。部分公有RFC文件的定義依賴關(guān)系，如圖1所示。

圖1　MIB定義文件相互依賴圖

圖1中，實(shí)線表示導(dǎo)入或?qū)С龆x的數(shù)據(jù)類型，虛線表示導(dǎo)入或?qū)С鰯?shù)據(jù)值；“CLNS-MIB”被定義在RFC 1238文件中。

2　MIB文件解析API

2.1　MIB文件解析API設(shè)計(jì)

MIB文件的加載和解析是實(shí)現(xiàn)基于SNMP的網(wǎng)管軟件的核心過程[7]。MIB文件解析API的設(shè)計(jì)過程可分為三個(gè)階段，即設(shè)計(jì)類、設(shè)計(jì)接口、實(shí)現(xiàn)接口。

根據(jù)MIB定義文件的特點(diǎn)，為數(shù)據(jù)類型設(shè)計(jì)類，一種數(shù)據(jù)類型對應(yīng)一個(gè)類，如圖 2所示。還可以使用其他的方法進(jìn)行類設(shè)計(jì)，比如，設(shè)計(jì)一個(gè)通用類，對應(yīng)MIB定義文件中的任何一種數(shù)據(jù)類型。一個(gè)類描述一種數(shù)據(jù)類型的設(shè)計(jì)，復(fù)雜度低、簡單實(shí)用、代碼可讀性強(qiáng)。

圖2　MIB定義中常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類圖

除了常見的數(shù)據(jù)類型之外，解析MIB定義文件和構(gòu)建MIB樹還需要設(shè)計(jì)IMibNode接口和MibNode類，用于存儲(chǔ)MIB樹的節(jié)點(diǎn)信息，以及兩個(gè)核心接口和實(shí)現(xiàn)類，如圖3和圖4所示。

圖3　IMibNode接口和MibNode類圖

圖4　MIB定義文件解析接口和實(shí)現(xiàn)類圖

IMibNode的AddChild方法用于往當(dāng)前節(jié)點(diǎn)中添加子節(jié)點(diǎn)。IMibDefinitionsDocument是MIB定義文件的接口，MibDefinitionsDocument是對應(yīng)的實(shí)現(xiàn)類。IMibDefinitionsDocumentParser是MIB定義文件解析器的接口，MibDefinitionsDocumentParser是對應(yīng)的實(shí)現(xiàn)類。整個(gè)API中，最核心的方法是解析器中的Parse，其主要算法如下：

步驟1遍歷需要解析的所有MIB文件IMPORTS部分，構(gòu)建依賴圖。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可采用多路徑樹[8]、雙親樹表示法[9]、孩子鏈表法等。本文采用C#實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟮碾p親(Parent屬性)、孩子(Children屬性)一對多雙向的樹型結(jié)構(gòu)，方便根、葉子和中間節(jié)點(diǎn)的遍歷。

1) 解析文件定義名稱，比如從“RFC1213-MIB DEFINITIONS ::= BEGIN”中解析出“RFC1213-MIB”。

2) 根據(jù)IMPORTS的內(nèi)容，解析依賴關(guān)系，逐步形成依賴圖。比如從“IMPORTS ... FROM RFC1155-SMI”解析出“RFC1155-SMI”，添加進(jìn)當(dāng)前文件對象的依賴列表中，即在依賴圖中的“RFC1155-SMI”應(yīng)該優(yōu)先于當(dāng)前文檔被解析。

步驟2基于第1步生成的依賴圖，按照順序，深度優(yōu)先或者廣度優(yōu)先遍歷MIB文件的其他部分，解析每個(gè)文件的內(nèi)容，構(gòu)建MIB樹。包括MODULE-IDENTITY，OBJECT-TYPE，Sequence類型等。比如從“application MODULE-IDENTITY ... ::= { mib-2 27 }”中解析出“application”父節(jié)點(diǎn)是對應(yīng)為“mib-2”對應(yīng)OID下的27，添加進(jìn)父節(jié)點(diǎn)列表。

依賴圖的引入，能夠有助于準(zhǔn)確定位缺失的MIB文件，為用戶收集完整的MIB文件提供有效線索。對缺失的MIB文件默認(rèn)不分析，提高M(jìn)IB樹的構(gòu)建效率，此時(shí)的MIB樹與RFC 1155定義的未標(biāo)記根(unlabeled root)嚴(yán)格保持一致。使用兩次遍歷，第一次構(gòu)建依賴圖，第二次構(gòu)建MIB樹。其優(yōu)點(diǎn)是分層清晰，便于理解。在構(gòu)建MIB樹時(shí)，按照已經(jīng)生成的依賴圖，從根節(jié)點(diǎn)出發(fā)，依次往葉子節(jié)點(diǎn)方向進(jìn)行構(gòu)建，避免了復(fù)雜的遞歸調(diào)用。構(gòu)建MIB樹中當(dāng)前元素時(shí)，其父節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被解析，且被標(biāo)識(shí)，所以能高效、準(zhǔn)確地定位到父節(jié)點(diǎn)，即除數(shù)據(jù)類型自身解析外，幾乎不需要花費(fèi)更多額外代價(jià)去處理節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

IMibDefinitionsDocumentParser中的AddFile方法是往解析器中增加MIB定義文件；Serialize和Deserialize是序列化和反序列化操作，序列化將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)(包括所有子節(jié)點(diǎn)信息)輸出到指定文件或者數(shù)據(jù)庫中，反序列化則是相反過程；GetErrors方法獲取解析器的錯(cuò)誤信息；GetMibNodeRoot方法獲取MIB樹的根節(jié)點(diǎn)，通過循環(huán)訪問MibNode的Children屬性，可以從Root節(jié)點(diǎn)開始深度優(yōu)先或廣度優(yōu)先遍歷MIB樹的所有節(jié)點(diǎn)，通過循環(huán)訪問MibNode的Parent屬性，可以直達(dá)Root節(jié)點(diǎn)，且只有一條路徑。

2.2　MIB文件解析API應(yīng)用

MIB文件解析API接口設(shè)計(jì)數(shù)目并不多，其應(yīng)用十分方便。連續(xù)調(diào)用AddFile方法往解析器中增加完全部相關(guān)MIB文件之后，調(diào)用Parse方法進(jìn)行解析，調(diào)用GetMibNodeRoot方法獲取解析得到的完整MIB樹，調(diào)用Serialize方法將MIB樹序列化到指定文件。相關(guān)代碼片段如下：

var p = new MibDefinitionsDocumentParser();

p.AddFile(fileName1);

……

p.AddFile(xxx);

p.Parse();

mibNode = p.GetMibNodeRoot();

p.Serialize(outFileName);

MIB文件解析API接口的應(yīng)用格式相對固定，功能靈活。如果將上述代碼中的第一行稍加修改，就可以實(shí)現(xiàn)在解析得到的MIB樹基礎(chǔ)上，進(jìn)一步解析其他MIB文件。修改代碼如下：

var p = new MibDefinitionsDocumentParser(mibNode);

使用解析MIB文件的API的應(yīng)用程序，在創(chuàng)建MIB樹時(shí)，可以按照需要選擇合適的方法，或者創(chuàng)建完整的MIB樹；或者基于現(xiàn)有MIB樹添加更多節(jié)點(diǎn)信息；或者通過反序列化文件或者持久化數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行MIB樹創(chuàng)建。

利用解析得到的MIB樹，根據(jù)特定節(jié)點(diǎn)OID信息，并獲取其值，可以實(shí)現(xiàn)對支持SNMP的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行故障跟蹤和準(zhǔn)確定位[10]，包括調(diào)制解調(diào)器、路由器、交換機(jī)、服務(wù)器、工作站、打印機(jī)等[11]。

3　結(jié)　語

在前人研究成果的基礎(chǔ)上，提出了基于MIB文件依賴圖的解析MIB文件API的設(shè)計(jì)方法，過程中采用了面向?qū)ο蟮慕涌凇㈩悺?shí)現(xiàn)三步設(shè)計(jì)方法，并在實(shí)際項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，為有效的網(wǎng)絡(luò)管理奠定基礎(chǔ)。今后，可以為API引入并行算法，提高性能；標(biāo)準(zhǔn)化持久化文件和數(shù)據(jù)記錄格式，完善API應(yīng)用的多點(diǎn)訪問；考慮更多的常用場景，豐富接口等。

[1] Stevens W Richar.TCP/IP詳解卷1:協(xié)議[M].范建華,胥光輝,張濤,等譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

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[10] 趙燦明,紀(jì)詩厚,石滾,等.面向以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)故障自動(dòng)實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)與定位方法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2016,33(9):101-105.

[11] SNMP wiki[EB/OL].[2017-4-7].https://en.wikipedia.org/wiki/Simple_Network_Management_Protocol.