SNMP++ 04-SNMP中OBJECT IDENTIFIER的BER编码与解码及一些思考
来源：程序员人生 发布时间：2016-06-13 11:14:25 阅读次数：2490次
浏览完本文你可以学到：
（1）SNMP 中 OBJECT IDENTIFIER 的 BER 编码与解码代码实现。
（2）在学习 OBJECT IDENTIFIER 编解码进程中的1些思考（思考过后，晓得当触及对无符号数组进行传输编码时，可以给出1个较佳的方案）。
（3）snmp++⑶.3.7 版本中函数 asn_parse_objid 存在的 bug。
1、理论知识
1、Tag
OBJECT IDENTIFIER 对应的 Tag 为 0x06，占用1个8位组。
2、Length
Length有3种情势：定长短格式、定长长格式和变长格式。（SNMP 的所有内置类型的 Length 段都采取定长格式）
定长短格式：采取定长方式，当长度不大于127个8位组时，Length 只在1个8位组中编码。此时，bit0~bit6 表示实际长度，最高位 bit7 为0（用于辨别其他两种格式）。
定长长格式：采取定长方式，当长度大于127个8位组时，Length 在多个8位组中编码，此时第1个8位组低7位（bit0~bit6）表示的是 Length 所占的长度，第1个8位组的最高位 bit7 为1，第1个8位组的低7位不能全为 0（用于辨别其他两种格式）。
变长格式：采取变长方式，Length 所在8位组固定编码为 0x80，但在 Value 编码结束后以两个 0x00 结尾。这类方式使得可以在编码没有完全结束的情况下，可以先发送部份消息给对方。
3、Value
所有的子标识符（OID 点分10进制中的1位数值）连续编码。（笔者注：内存大小对应的 OID 为 .1.3.6.1.2.1.25.2.2.0，其子标识符自顶到下顺次为 1,3,6,1,2,1,25,2,2,0。）
每一个子标识符由1个或多个字节组成。子标识符是由1个字节还是多个字节表示的辨别规则是：每一个字节最高有效位 bit7 表征了该子标识符是不是为编码后的最后1个字节。bit7 为 0 表示这个字节是 OID 中最后1个编码字节；bit7 为 1 时表示该字节不是该子标识符最后1个编码（OID没有负值）。正因如此，对数值大于 127 的子标识符必定要使用多于1个字节的编码。如对数值为 128（0x80 = 1000 0000B）的子标识符，就应当使用两个字节编码：1000
0001 0000 0000，值为 81 00。
子标识符编码应尽量地使用字节（也就少1个字节），规定 OID 的第1个子标识符和第2个子标识符经过运算组合后编码为1个字节。该运算法则为：（X * 40）+ Y = Z。
其中 X 表示第1个子标识符，Y 为第2个子标识符。X 的取值为（0,1,2）。另外之所以使用1个“magic number” 为 40，是由于首个子标识符为 0 或 1 的 OID 的第2个子标识符最大的是 39（这类不见得有多优雅的解决方案也确切减少了1个字节的编码等）。这就使得具有 N 个子标识符的 OID，第 i 个（2 <= i <= N - 1）编码值对应 OID 中的第（i + 1）个子标识符。正是由于上述方程的束缚条件，使得方程的结果也是唯1的，即当 Z 为表5⑶总第1列所列出的值时，就能够推导出前两个子
OID 的值。
表5⑶ OID TLV示例（16 进制）
| Z |
X |
Y |
| 0 <= Z <= 39 |
0 |
Z |
| 40 <= Z <= 79 |
1 |
Z - 40 |
| Z >= 80 |
2 |
Z - 80 |
2、思考——设计1个包格式，满足“发送端将1个无符号 int 数组中的内容发送到接收端，接收端接收并打印”？
最简单地方案多是： 其他信息 + 整数1 + 整数2 + . . . + 整数 i + . . . + 整数 n。（其中，“其他信息”在这里的讨论中其实不触及。在这类方案中每一个整数 i 占 4 个字节）。
现在增加需求：尽量地使用字节。
思路之1：对每一个无符号整数进行紧缩，即对每一个无符号整数尽量地只传输其有效位。比如，无符号整数 1 （0x00000001）在原来的传输中要占 4 个字节，现在通过1种规则使得只传输1个字节 0x01。
这类思路是可以减少传输字节的，但同时会带来“不同无符号整数的有效位可能占用不同的字节数”的问题。此时，我们不能不提供额外的信息对无符号整型数组进行划分。
额外的信息是指甚么？
方案1（提供额外信息的1种尝试方式，暂不斟酌是不是可行）为：在每一个无符号整数（只含有效位）的后面插入1个特殊标识（最少占1个字节 ），以辨别不同的整数。同时，我们需要对与该特殊标知趣同的的无符号整数进行“字符填充”类似的工作，以保证透明传输（我们先不斟酌该工作的繁琐度）。
假设方案1可行，那末额外信息最少要使用1个字节，这个字节指的就是特殊标识。那末，是不是存在更佳方案呢？
是的，看看 SNMP 中是如何对 OID 进行编解码的（见1、理论知识）。不要惊讶，你完全可以把 OID 看做是1个1维无符号整型数组：每一个子标识符都不会是负数，相邻子标识符就像数组中的相邻元素。
SNMP 中对 OID 的编码规则可以使得：额外信息最多使用1个字节。为何呢？见表 2⑴ 。
表 2⑴
| 无符号整数 x |
采取 OID 编码规则后占用的8位组个数 |
额外信息占用的8位组个数 |
| 0 <= x < 27 |
1 |
0 |
| x = 27 |
2 |
1 |
| 27 < x < 214 |
2 |
0 |
| x = 214 |
3 |
1 |
| . . . |
. . . |
. . . |
3、snmp++⑶.3.7 版本中函数 asn_parse_objid 存在的 bug
unsigned char *asn_parse_objid(unsigned char *data,
int *datalength,
unsigned char *type,
oid *objid,
int *objidlength);
bug 描写：函数 asn_parse_objid 实现中未对 *objidlength 表征的 objid 缓冲大小是不是足够进行判断。当 *objidlength 为0 时，直接取用 objid[0]，会产生数组访问越界；当 *objidlength 为1 时，直接取用 objid[1]，也会产生数组访问越界。
4、代码实现
/************************************************************************/
/* asn1.h */
/************************************************************************/
#pragma once
typedef unsigned char u_char;
typedef unsigned long u_long;
typedef u_long oid;
#define MAX_OID_LEN 128
#define MAX_SUBID 0xFFFFFFFF
static u_char* _asn_build_header(u_char *data, size_t *datalength, u_char type, size_t length);
static const u_char* _asn_parse_header(const u_char *data, size_t *datalength, u_char *type, size_t *length);
static u_char* _asn_build_length(u_char *data, size_t *datalength, size_t length);
static const u_char* _asn_parse_length(const u_char *data, size_t *datalength, size_t *length);
u_char* _asn_build_objid(u_char *data, size_t *datalength, u_char type, oid *objid, const size_t objidlength);
const u_char* _asn_parse_objid(const u_char *data, size_t *datalength, u_char *type, oid *objid, size_t *objidlength);
/************************************************************************/
/* asn1.cpp */
/************************************************************************/
#include "stdafx.h"
#include "asn1.h"
u_char* _asn_build_header(u_char *data, size_t *datalength, u_char type, size_t length)
{
if (nullptr == data || nullptr == datalength)
return nullptr;
if (*datalength < 1)
return nullptr;
*data++ = type;
--(*datalength);
return _asn_build_length(data, datalength, length);
}
const u_char* _asn_parse_header(const u_char *data, size_t *datalength, u_char *type, size_t *length)
{
if (nullptr == data || nullptr == datalength || nullptr == type || nullptr == length)
return nullptr;
if (*datalength < 1)
return nullptr;
*type = *data++;
--(*datalength);
return _asn_parse_length(data, datalength, length);
}
/* 支持的最大长度为65535字节 */
u_char* _asn_build_length(u_char *data, size_t *datalength, size_t length)
{
if (nullptr == data || nullptr == datalength)
return nullptr;
const u_char *initdatap = data;
if (length < 0x80)
{ /* 定长短格式 */
if (*datalength < 1)
return nullptr;
*data++ = (u_char)length;
}
else if (length <= 0xFF)
{ /* 定长长格式，长度占用1个8位组 */
if (*datalength < 2)
return nullptr;
*data++ = (u_char)0x81; /* Length 段的第1个8位组为 10000001，对应的106进制即为 0x81 */
*data++ = (u_char)length; /* 将 length 的低 bit0~bit7 赋值给 *data，并使 data 指向 data 的下1个8位组 */
}
else if (length <= 0xFFFF)
{ /* 定长长格式，长度占用两个8位组 */
if (*datalength < 3)
return nullptr;
*data++ = (u_char)0x82; /* Length 段的第1个8位组为 10000010，对应的106进制即为 0x82 */
*data++ = (u_char)(length >> 8); /* 将 length 的低 bit8~bit15 赋值给 *data，并使 data 指向 data 的下1个8位组 */
*data++ = (u_char)length; /* 将 length 的低 bit0~bit7 赋值给 *data，并使 data 指向 data 的下1个8位组 */
}
else
{ /* 长度太长，不支持 */
return nullptr;
}
*datalength -= (data - initdatap);
return data;
}
const u_char* _asn_parse_length(const u_char *data, size_t *datalength, size_t *length)
{
if (nullptr == data || nullptr == datalength || nullptr == length)
return nullptr;
const u_char *initdatap = data;
u_char lengthbyte = *data++;
if (lengthbyte < 0x80)
{ /* 定长短格式 */
*length = lengthbyte;
}
else if (lengthbyte == 0x80)
{ /* 0x80 为变长格式，不支持 */
return nullptr;
}
else
{ /* 定长长格式 */
size_t bytes = (size_t)(lengthbyte - 0x80); /* 计算 Length 段占用的8位组个数 */
if (bytes > sizeof(*length))
return nullptr; /* Length 段太长 */
*length = 0; /* 消除 *length 的初值可能对 *length 终究结果带来的影响 */
while (bytes--)
{
*length <<= 8;
*length |= (*data++);
}
}
*datalength -= (data - initdatap);
return data;
}
u_char* _asn_build_objid(u_char *data, size_t *datalength, u_char type, oid *objid, const size_t objidlength)
{
if (nullptr == data || nullptr == datalength || nullptr == objid)
return nullptr;
u_long first_objid_val;
if (objidlength == 0)
first_objid_val = 0;
else if (objid[0] > 2)
return nullptr; /* bad first sub_identifier */
else if (objidlength == 1)
first_objid_val = objid[0] * 40;
else
{
/* second sub_identifier <= 39 when first sub_identifier is 0 or 1 */
if (objid[1] >= 40 && objid[0] < 2)
return nullptr; /* bad second sub_identifier */
first_objid_val = objid[0] * 40 + objid[1];
}
u_char objid_size[MAX_OID_LEN];
u_long subid = first_objid_val;
size_t asn_length = 0;
if (objidlength > sizeof(objid_size) / sizeof(*objid_size))
return nullptr;
for (size_t i = 1;;)
{
if (subid < (u_long)0x80)
objid_size[i] = 1, asn_length += 1;
else if (subid < (u_long)0x4000)
objid_size[i] = 2, asn_length += 2;
else if (subid < (u_long)0x200000)
objid_size[i] = 3, asn_length += 3;
else if (subid < (u_long)0x10000000)
objid_size[i] = 4, asn_length += 4;
else if (subid <= (u_long)0xffffffff)
objid_size[i] = 5, asn_length += 5;
else
return nullptr; /* sub_identifier too long */
if (++i >= objidlength)
break;
subid = objid[i];
}
if ((data = _asn_build_header(data, datalength, type, asn_length)) == nullptr)
return nullptr;
if (*datalength < asn_length)
return nullptr;
oid *op = objid + 2;
for (size_t i = 1, subid = first_objid_val; i < objidlength; ++i)
{
if (i != 1)
subid = *op++;
switch (objid_size[i])
{
case 1:
*data++ = (u_char)subid;
break;
case 2:
*data++ = (u_char)(subid >> 7 | 0x80);
*data++ = (u_char)(subid & 0x07f);
break;
case 3:
*data++ = (u_char)(subid >> 14 | 0x80);
*data++ = (u_char)((subid >> 7 & 0x07f) | 0x80);
*data++ = (u_char)(subid & 0x07f);
break;
case 4:
*data++ = (u_char)(subid >> 21 | 0x80);
*data++ = (u_char)((subid >> 14 & 0x07f) | 0x80);
*data++ = (u_char)((subid >> 7 & 0x07f) | 0x80);
*data++ = (u_char)(subid & 0x07f);
break;
case 5:
*data++ = (u_char)(subid >> 28 | 0x80);
*data++ = (u_char)((subid >> 21 & 0x07f) | 0x80);
*data++ = (u_char)((subid >> 14 & 0x07f) | 0x80);
*data++ = (u_char)((subid >> 7 & 0x07f) | 0x80);
*data++ = (u_char)(subid & 0x07f);
break;
default:
return nullptr;
}
}
*datalength -= asn_length;
return data;
}
const u_char* _asn_parse_objid(const u_char *data, size_t *datalength, u_char *type, oid *objid, size_t *objidlength)
{
if (nullptr == data || nullptr == datalength || nullptr == type || nullptr == objid || nullptr == objidlength)
return nullptr;
const u_char *initdatap = data;
oid *oidp = objid + 1;
size_t asn_length;
if ((data = _asn_parse_header(data, datalength, type, &asn_length)) == nullptr)
return nullptr;
if (*type != 0x06)
return nullptr; /* Wrong Type. Not an oid */
if (asn_length > *datalength)
return nullptr; /* data overflow */
/* Handle invalid object identifier encodings of the form 06 00 robustly */
if (asn_length == 0)
{
if (*objidlength < 2)
return nullptr;
objid[0] = objid[1] = 0;
}
u_long subid;
for (size_t i = 1; asn_length > 0; ++i)
{
subid = 0;
do
{
subid <<= 7;
subid |= (u_long)(*data & 0x07f);
--asn_length;
} while ((*data++ & 0x80) && asn_length > 0);
if (subid > MAX_SUBID)
return nullptr; /* sub_identifier too long */
if (i >= *objidlength)
return nullptr; /* objid overflow */
*oidp++ = (oid)subid;
}
if (*objidlength < 2)
return nullptr; /* objid overflow */
if (objid[1] < 40)
objid[0] = 0;
else if (objid[1] < 80)
objid[0] = 1, objid[1] -= 40;
else
objid[0] = 2, objid[1] -= 80;
*objidlength = (size_t)(oidp - objid);
*datalength -= (data - initdatap);
return data;
}
// snmp_get.cpp : 定义控制台利用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include <stdio.h>
#include <iostream>
using namespace std;
#include <string.h>
#include "asn1.h"
void print(const u_char *data, size_t datalength)
{
if (nullptr == data || datalength < 1)
return;
for (size_t i = 0; i < datalength; ++i)
{
printf("0x%.2X ", data[i]);
}
printf("\n\n");
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
u_char buf[100];
size_t validlen = sizeof(buf);
u_long oid[] = {1,3,6,1,4,1,1048576,110,9,10012340}/*{1, 3, 6, 1, 2, 1, 25, 2, 2, 0}*/;
if (_asn_build_objid(buf, &validlen, 0x06, oid, sizeof(oid) / sizeof(*oid)) == nullptr)
return ⑴;
print(buf, sizeof(buf)-validlen);
u_long oid2[20];
size_t oidlength = sizeof(oid2) / sizeof(*oid2);
u_char type;
validlen = sizeof(buf)-validlen;
if (_asn_parse_objid(buf, &validlen, &type, oid2, &oidlength) == nullptr)
{
cout << "_asn_parse_objid error" << endl;
return ⑴;
}
for (size_t i = 0; i < oidlength; ++i)
{
cout << oid2[i] << " ";
}
cout << endl;
cout << "oidlength:" << oidlength << endl;
return 0;
}
注：“1、理论知识 3. Value”中的内容引自《深入理解Net-Snmp》（张春强著）。
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