理解TCP/IP、HTTP、FTP、 NTP、 SNMP、VRRP等常用协议(SNMP)

一、首先我首先要说下什么是SNMP？

简单网络管理协议（SNMP，Simple Network Management Protocol），由一组网络管理的标准组成，包含一个​​应用层​​​协议（application layer protocol）、​​数据库模型​​​（database schema）和一组资源对象。该协议能够支持​​网络管理系统​​​，用以监测连接到网络上的设备是否有任何引起管理上关注的情况。该协议是互联网工程工作小组（IETF，Internet Engineering Task Force）定义的internet协议簇的一部分。SNMP的目标是管理​​互联网​​​Internet上众多厂家生产的软硬件平台，因此SNMP受Internet标准​​网络管理​​框架的影响也很大。SNMP已经出到第四个版本的协议，其功能较以前已经大大地加强和改进了。

SNMP是简单的网络管理协议，它不是一个软件，而是用于网络管理的一套规则。利用SNMP，一个管理工作站可以远程管理所有支持这种协议的网络设备，包括监视网络状态、修改网络设备配置、接收网络事件警告等。

但话又说回来，为什么要使用SNMP协议？

因为网络设备可能来自不同的厂商，如果每个厂商提供一套独立的管理接口，将使网络管理变得越来越复杂，若想对网络中来自不同厂商的设备监控，用基于SNMP开发的软件进行管理最方便的，因为大部分的设备都支持SNMP协议。

那么SNMP有哪些技术有点？

（1）基于TCP/IP互联网的标准协议，传输层协议一般用UDP

（2）自动化网络管理。网络管理员可以利用SNMP平台在网络上的节点检索信息、修改信息、发现故障、完成故障诊断、进行容量规划和生成报告

（3）屏蔽不同设备的物理差异，实现对不同厂商产品的自动化管理。SNMP只提供最基本得功能集，使得管理任务与被管理设备的物理特征和实际网络类型相对独立，从而实现对不同厂商设备的管理

（4）简单的请求-应答方式和主动通告方式相结合，并有超时和重传机制

（5）报文种类少，报文格式简单，方便解析，易于实现

（6）SNMPv3版本提供了认证和加密安全机制，以及基于用户和视图的访问控制功能，增强了安全性

二、SNMP的网络架构

SNMP网络架构由三部分组成：NMS（网络管理站）、Agent（代理）、MIB（管理信息库）

1、NMS（网络管理站）

NMS是网络中的管理者，是一个利用SNMP协议对网络设备进行管理和监视的系统。可以是一台专门用来进行网络管理的服务器，也可以指某个设备中之中管理功能的一个应用程序。

NMS可以向Agent发出请求，查询或修改一个或多个具体的参数值。同时，NMS可以接收Agent主动发送的Trap信息，以获知被管理设备当前的状态

2、Agent

Agent是网络设备中的一个应用模块，用于维护被管理设备的信息数据，并响应NMS的请求，把管理数据汇报给发送请求的NMS。

Aent接收到NMS的请求信息后，完成查询或修改操作，并把操作结果发送给NMS，完成响应。同时，当设备发生故障或者其他事件的时候，Agent会主动发送Trap信息给NMS，通知设备当前的状态变化。

3、管理信息库MIB

任何一个被管理的资源都表示成一个对象，称为被管理的对象。MIB就是被管理对象的集合。它定义了被管理对象的一系列的属性：对象的名称、对象的访问权限和对象的数据类型等。每个Agent都有自己的MIB。MIB也可以看做是NMS和Agent之间的一个接口，通过这个接口，NMS可以对Agent中的每一个被管理对象进行读/写操作，从而达到管理和监控设备的目的。

任何一个被管理的资源都表示成一个对象，称为被管理的对象。MIB是被管理对象的集合。它定义了被管理对象的一系列属性：对象的名称、对象的访问权限和对象的数据类型等。每个SNMP设备（Agent）都有自己的MIB。MIB也可以看作是NMS（网络管理系统，网络管理系统既可以指一台专门用来进行网络管理的服务器，也可以指某个网络设备中执行管理功能的一个应用程序）和Agent之间的沟通桥梁。它们之间的关系如图1所示。

图1 NMS Agent和MIB的关系

MIB文件中的变量使用的名字取自ISO和ITU管理的对象标识符（object identifier）名字空间。它是一种分级树的结构。如图2所示，第一级有三个节点：ccitt、iso、iso-ccitt。低级的对象ID分别由相关组织分配。一个特定对象的标识符可通过由根到该对象的路径获得。一般网络设备取iso节点下的对象内容。如名字空间ip结点下一个名字为ipInReceives的MIB变量被指派数字值3，因而该变量的名字为：

      iso.org.dod.internet.mgmt.mib.ip.ipInReceives

相应的数字表示（对象标识符OID，唯一标识一个MIB对象）为：

1.3.6.1.2.1.4.3

　　　　　图2 MIB树结构

当网络管理协议在报文中使用MIB变量时，每个变量名后还要加一个后缀，以作为该变量的一个实例。如ipInReceives的实例数字表示为：1.3.6.1.2.1.4.3.0.

需要注意的是，MIB中的管理对象的OID有些需要动态确定，如IP路由表，为了指明地址202.120.86.71的下一站路由(next hop)，我们可以引用这样的实例：

iso.org.dod.internet.mgmt.mib.ip. ipRouteTable.ipRouteEntry.ipRouteNextHop.202.120.86.71, 相应的数字表示为：1.3.6.1.2.1.4.21.1.7.202.120.86.71

管理信息结构（SMI）

SMI定义了SNMP框架所用信息的组织、组成和标识，它还为描述MIB对象和描述协议怎样交换信息奠定了基础。

SMI定义的数据类型：

◆ 简单类型（simple）

Integer：整型是-2,147,483,648~2,147,483,647的有符号整数

octet string: 字符串是0~65535个字节的有序序列

OBJECT IDENTIFIER: 来自按照ASN.1规则分配的对象标识符集

◆    简单结构类型（simple-constructed）

SEQUENCE 用于列表。这一数据类型与大多数程序设计语言中的“structure”类似。一个SEQUENCE包括0个或更多元素，每一个元素又是另一个ASN.1数据类型

 SEQUENCE OF type 用于表格。这一数据类型与大多数程序设计语言中的“array”类似。一个表格包括0个或更多元素，每一个元素又是另一个ASN.1数据类型。

◆    应用类型（application-wide）

IpAddress: 以网络序表示的IP地址。因为它是一个32位的值，所以定义为4个字节；

counter：计数器是一个非负的整数，它递增至最大值，而后回零。在SNMPv1中定义的计数器是32位的，即最大值为4，294，967，295；

Gauge ：也是一个非负整数，它可以递增或递减，但达到最大值时保持在最大值，最大值为232-1；

time ticks：是一个时间单位，表示以0.01秒为单位计算的时间；

汇总如下：

SNMP报文

SNMP报文结构如下：（编码之前）

SNMP共有5种报文，所以其PDU也有5中。

1 ​​SNMP​​的5种协议数据单元

SNMP中定义了五种消息类型：Get-Request、Get-Response、Get-Next-Request、Set-Request和Trap 。

(1)Get-Request 、Get-Next-Request与Get-Response

SNMP 管理站用Get-Request消息从拥有SNMP代理的网络设备中检索信息，而SNMP代理则用Get-Response消息响应。Get-Next- Request用于和Get-Request组合起来查询特定的表对象中的列元素。

(2)Set-Request 

SNMP管理站用Set-Request 可以对网络设备进行远程配置（包括设备名、设备属性、删除设备或使某一个设备属性有效/无效等）。

(3)Trap 

SNMP代理使用Trap向SNMP管理站发送非请求消息，一般用于描述某一事件的发生，如接口UP/DOWN，IP地址更改等。

上面五种消息中Get-Request、Get-Next-Request和Set-Request是由管理站发送到代理侧的161端口的；后面两种Get-Response和Trap 是由代理进程发给管理进程的，其中Trap消息被发送到管理进程的162端口，所有数据都是走UDP封装。SNMP工作流程如图2：

下图是封装成UDP数据报的5种操作的SNMP报文格式。可见一个SNMP报文共有三个部分组成，即公共SNMP首部、get/set首部、trap首部、变量绑定。

（1）公共SNMP首部
共三个字段：
 版本 
写入版本字段的是版本号减1，对于SNMP（即SNMPV1）则应写入0。
共同体（community）
共同体就是一个字符串，作为管理进程和代理进程之间的明文口令，常用的是6个字符“public”。
PDU类型
根据PDU的类型，填入0～4中的一个数字，其对应关系如表2所示意图。

表2 PDU类型

（2）get/set首部
请求标识符(request ID)
这是由管理进程设置的一个整数值。代理进程在发送get-response报文时也要返回此请求标识符。管理进程可同时向许多代理发出get报文，这些报​​​文都​​​使用UDP传送，先发送的有可能后到达。设置了请求标识符可使管理进程能够识别返回的响应报文对于哪一个请求报文
 差错状态（error status）
由代理进程回答时填入0～5中的一个数字，见表3的描述

表3 差错状态描述

差错索引(error index)
当出现noSuchName、badValue或readOnly的差错时，由代理进程在回答时设置的一个整数，它指明有差错的变量在变量列表中的偏移。
（3）trap首部

trap报文格式如下：

当使用上述类型2、3、5时，在报文后面变量部分的第一个变量应标识响应的接口。

特定代码

特定代码仅仅在trap类型为6时有效，否则都置为0，他是厂家自定义的事件代码。

时间戳(timestamp)
指明自代理进程初始化到trap报告的事件发生所经历的时间，单位为10ms。例如时间戳为1908表明在代理初始化后1908ms发生了该时间。

（4）变量绑定(variable-bindings)
指明一个或多个变量的名和对应的值。在get或get-next报文中，变量的值应忽略。

管理变量的表示

管理变量表示管理对象类型在某一时刻的值（或称该类型的实例），​​SNMP​​以管理变量作为操作对象。

管理变量的表示方法是这样规定的：形如x.y，其中x是管理对象的object identifer。y是能唯一确定对象类型值的一组数字，在非表型变量中为0，在表型变量中是这个表的索引，比如接口表中的接口号，或路由表中的目的网络地址等等 。如：在MIB文件里定义了ipAdEntNetMask这一管理对象，其object identifier为1.3.6.1.1.5.6.1.3它是个路由表中的一项，它的一个实例就是路由表中某一行的子网掩码，如果这行的索引、目的网络地址为129.102.1.0。则这个变量名是：1.3.6.1.1.5.6.1.3.129.102.1.0。在以后的说明中，为了方便，把唯一确定管理变量的一组数字，也就是x.y中的y称作实例。

SNMP的运行过程

驻留在被管设备上的AGENT从UDP端口161接受来自网管站的串行化报文，经解码、团体名验证、分析得到管理变量在MIB树中对应的节点，从相应的模块中得到管理变量的值，再形成响应报文，编码发送回网管站。网管站得到响应报文后，再经同样的处理，最终显示结果。

下面根据RFC1157详细介绍Agent接受到报文后采取的动作：

首先解码生成用内部数据结构表示的报文，解码依据ASN.1的基本编码规则，如果在此过程中出现错误导致解码失败则丢弃该报文，不做进一步处理。

第二步：将报文中的版本号取出，如果与本Agent支持的SNMP版本不一致，则丢弃该报文，不做进一步处理。当前北研的数据通信产品只支持SNMP版本1。

第三步：将报文中的团体名取出，此团体名由发出请求的网管站填写。如与本设备认可的团体名不符，则丢弃该报文，不做进一步处理，同时产生一个陷阱报文。SNMPv1只提供了较弱的安全措施，在版本3中这一功能将大大加强。

第四步：从通过验证的ASN.1对象中提出协议数据单元PDU，如果失败，丢弃报文，不做进一不处理。否则处理PDU，结果将产生一个报文，该报文的发送目的地址应同收到报文的源地址一致。

根据不同的PDU，SNMP协议实体将做不同的处理：

1.1 GetRequest PDU

第一种情况：如果PDU中的变量名在本地维护的MIB树中不存在,则接受到这个PDU的协议实体将向发出者发送一个GetResponse报文，其中的PDU与源PDU只有一点不同：将ERROR-STATUS置为noSuchName,并在ERROR-INDEX中指出产生该变量在变量LIST中的位置。

第二种情况：如果本地协议实体将产生的响应报文的长度大于本地长度限制，将向该PDU的发出者发送一个GetResponse报文，该PDU除了ERROR-STATUS置为tooBig，ERROR-INDEX置为0以外，与源PDU相同。

第三种情况：如果本地协议实体因为其他原因不能产生正确的响应报文，将向该PDU的发出者发送一个GetResponse报文，该PDU除了ERROR-STATUS置为genErr，ERROR-INDEX置为出错变量在变量LIST中的位置，其余与源PDU相同。

第四中情况：如果上面的情况都没有发生，则本地协议实体向该PDU的发出者发送一个GetResponse报文，该PDU中将包含变量名和相应值的对偶表，ERROR-STATUS为noError,ERROR-INDEX为0，request-id域的值应与收到PDU的request-id相同。

1.2 GetNextRequest PDU

GetNextRequest PDU的最重要的功能是表的遍历，这种操作受到了前面所说的管理变量的表示方法的支持，从而可以访问一组相关的变量，就好象他们在一个表内。

下面通过一个例子解释表遍历的过程：

被管设备维护如下路由表：

Destination NextHop Metric

10.0.0.99 89.1.1.42 5

9.1.2.3 99.0.0.3 3

10.0.0.51 89.1.1.42 5

假设网管站欲取得这张路由表的信息，该表的索引是目的网络地址。

网管站向被管设备发送一个GetNextRequest PDU,其中的受管对象的标识如下

GetNextRequest ( ipRouteDest, ipRouteNextHop, ipRouteMetric1 )

SNMP agent响应如下GetResponse PDU:

GetResponse (( ipRouteDest.9.1.2.3 = "9.1.2.3" ),

( ipRouteNextHop.9.1.2.3 = "99.0.0.3" ),

( ipRouteMetric1.9.1.2.3 = 3 ))

网管站继续：

GetNextRequest ( ipRouteDest.9.1.2.3,

ipRouteNextHop.9.1.2.3,

ipRouteMetric1.9.1.2.3 )

agent响应：

GetResponse (( ipRouteDest.10.0.0.51 = "10.0.0.51" ),

( ipRouteNextHop.10.0.0.51 = "89.1.1.42" ),

( ipRouteMetric1.10.0.0.51 = 5 ))

值得注意的是agent必须能够确定下一个管理变量名，以保证所有变量能被取到且只被取到一次。

网管站继续：

GetNextRequest ( ipRouteDest.10.0.0.51,

ipRouteNextHop.10.0.0.51,

ipRouteMetric1.10.0.0.51 )

agent 响应：

GetResponse (( ipRouteDest.10.0.0.99 = "10.0.0.99" ),

( ipRouteNextHop.10.0.0.99 = "89.1.1.42" ),

( ipRouteMetric1.10.0.0.99 = 5 ))

网管站继续

GetNextRequest ( ipRouteDest.10.0.0.99,

ipRouteNextHop.10.0.0.99,

ipRouteMetric1.10.0.0.99 )

这时因为路由表中所有的行都被取遍，agent因返回路由表对象的下一字典后继即该管理对象在MIB树中的后序遍历的直接后继。这里应是nettoMediaIndex，管理对象的OBJECT IDENTIFIER。这个响应通知网管站对表的遍历已经完成。

1.3 GetResponse PDU

GetResponse PDU只有当受到getRequest GetNextRequest SetRequest才由协议实体产生，网管站收到这个PDU后，应显示其结果。

1.4 SetRequest PDU

SetRequest PDU除了PDU类型标识以外，和GetRequest相同，当需要对被管变量进行写操作时，网管站侧的协议实体将生成该PDU。

对SetRequest的响应将根据下面情况分别处理：

如果是关于一个只读变量的设置请求，则收到该PDU的协议实体产生一个GetReponse报文，并置error status为noSuchName, error index的值是错误变量在变量list中的位置。

如果被管设备上的协议实体收到的PDU中的变量对偶中的值，类型、长度不符和要求，则收到该PDU的协议实体产生一个GetReponse报文，并置error status为badValue, error index的值是错误变量在变量list中的位置。

如果需要产生的GetReponse报文长度超过了本地限制，则收到该PDU的协议实体产生一个GetReponse报文，并置error status为tooBig, error index的值是0。

如果是其他原因导致SET失败，则收到该PDU的协议实体产生一个GetReponse报文，并置error status为genErr, error index的值是错误变量在变量list中的位置。

如果不符合上面任何情况，则agent将把管理变量设置收到的PDU中的相应值，这往往可以改变被管设备的运行状态。同时产生一个GetResponse PDU，其中error status置为noError,error index的值为0。

1.5 Trap PDU

Trap PDU的有如下的形式

Trap是被管设备遇到紧急情况时主动向网管站发送的消息。网管站收到trap PDU后要将起变量对偶表中的内容显示出来。一些常用的trap类型有冷、热启动，链路状态发生变化等。

通过​​wireshark​​抓包工具，捕获一条如下的SNMP报文，接下来对其进行仔细分析。

SNMPv1原始报文内容：

00 23 5a 9e 58 b9 00 4c 41 49 50 55 08 00 45 00 00 48 00 00 40 00 40 11 a5 4e c0 a8 0a 01 c0 a8  0a 05 0c 00 00 a2 00 34 ff e0 30 2a 02 01 00 04 06 70 75 62 6c 69 63 a4 1d 06 0a 2b 06 01 04 01 bf 08 03 02 0a 40 04 c0 a8 0a 01 02 01 00 02 01 00 43 01 0e 30 00

目的MAC：00 23 5a 9e 58 b9

源MAC：00 4c 41 49 50 55

协议类型：08 00 ，为IP数据报

IP头：45 00 00 48 00 00 40 00 40 11 a5 4e c0 a8 0a 01 c0 a8 0a 05 0c

UDP头：0c 00 00 a2 00 34 ff e0

其余部分都为SNMP报文，接下来我们对照前面的报文结构体来逐个分析一下。

n  30 表示SNMP消息是ASN.1的SEQUENCE类型；

n  2a 表示该SNMP报文的总长度是42(0x2a)个字节，该字段所表示的报文长度起始于它后面的第一个字节直到报文结束；

n  02 01 00 表示版本号，可见其确实为BER编码方式。02表示该字段是INTEGER类型；01表示该字段占1个字节；00表示版本号，该值为“版本号-1”；

n  04 06 70 75 62 6c 69 63 表示团体名，04表示该字段为OCTET STRING类型；06表示该字段占6个字节；70 75 62 6c 69 63 表示团体名的ANSII码的十六进制形式，这里是“public”；

n  a4 1d 其中a4中的“4”表示这是一个trap报文，a4又叫报文的标签标记；1d表示后面还有29(0x1d)个字节的数据；

n  06 0a 2b 06 01 04 01 bf 08 03 02 0a 企业OID标识。06表示该字段是个对象标识符，OBJECT IDENTIFIER；0a表示该字段占10(0x0a)个字节；关于SNMP的OID的编码方式有些奇特：例如1.3.6.1.2…. 取前两个数字分别记为x和y。编码时40*x+y，这里x=1，y=3，因此结果为40*1+3=43，即表示十六进制的2b。因此，这里的企业OID编码即为1.3.6.1.4.1.8072.3.2.10；

n  40 04 c0 a8 0a 01 同样40表示该字段为OCTET STRING 类型；04表示IP地址占4个字节；IP地址为192.168.10.1；

n  02 01 00 其中00表示trap类型为coldStart；

n  02 01 00 其中00表示我们指定的trap即specific-trap也为coldStart类型；

n  43 01 0e 43表示为TimeTicks类型；01表示该字段占1个字节；0e即十进制的14表示时间标签为0.14秒，这里时间计数器以0.01秒递增；

n  30 00 30表示“键-值”值对的编码类型为SEQUENCE；00表示该字段占0个字节，即没有该字段。

SNMPv2 Trap报文 

SNMPv2的Trap报文格式如图8所示：

同样的，这里除了trap类型和报文长度是标准​​网络字节序​​之外，其余协议字段也均为BER编码方式。可以看到v2版的trap报文正在向统一的报文格式发展，已经非常类似普通的SNMP请求、响应报文了。

SNMPv2原始报文内容：

00 23 5a 9e 58 b9 00 4c 41 49 50 55 08 00 45 00 00 7b 00 00 40 00 40 11 a5 1b c0 a8 0a 01 c0 a8 0a 05 0c 01 00 a2 00 67 04 bb 30 5d02 01 01 04 06 70 75 62 6c 69 63 a7 50 02 04 17 73 2c fb 02 01 00 02 01 00 30 42 30 0d 06 08 2b 06 01 02 01 01 03 00 43 01 0e 30 1706 0a 2b 06 01 06 03 01 01 04 01 00 06 09 2b 06 01 06 03 01 01 05 01 30 18 06 0a 2b 06 01 06 03 01 01 04 03 00 06 0a 2b 06 01 04 01 bf 08 03 02 0a

目的MAC：00 23 5a 9e 58 b9

源MAC：00 4c 41 49 50 55

协议类型：08 00，IP报文

IP头：45 00 00 7b 00 00 40 00 40 11 a5 1b c0 a8 0a 01 c0 a8 0a 05

UDP头：0c 01 00 a2 00 67 04 bb

余下部分全为SNMP报文内容，这里我们做一下简单的约定：

xx 标注类型；xx 标注长度；xx 标注真正的数据。

这样一来上面这串原始数据就好分析多了J

n  30 5d 整个SNMP报文的编码方式为30，即SEQUENCE类型，报文长度93(0x5d)字节；

n  02 01 01 版本号01即v2版本；

n  04 06 70 75 62 6c 69 63 团体名70 75 62 6c 69 63  即英文的“public”；

n  a7 50 a7表示trap类型为7，即厂商自定义trap；50表示PDU区段占80(0x50)字节；

n  02 04 17 73 2c fb 请求ID为17 73 2c fb 十进制的393424123；

n  02 01 00 错误状态0；

n  02 01 00 错误索引0；

n  30 42 “变量名-值”对编码类型30 即SEQUENCE类型；“变量名-值”所占总字节0x42，即66字节；

n  30 0d 06 08 2b 06 01 02 01 01 03 00 43 01 0e 第一个“名-值”对区段编码方式30 即SEQUENCE类型；第一个“名-值”对总长度0x0d，13字节；第一个变量名的编码类型0x06，时间标签；第一个变量名占0x08个字节；第一个变量名2b 06 01 02 01 01 03 00，为1.3.6.1.2.1.1.3.0；第一个变量值为0x0e，即14；

n  30 17 06 0a 2b 06 01 06 03 01 01 04 01 00 06 09 2b 06 01 06 03 01 01 05 01 第二个“名-值”对；变量名1.3.6.1.6.3.1.1.4.1.0；变量值1.3.6.1.6.3.1.1.5.1；

n  30 18 06 0a 2b 06 01 06 03 01 01 04 03 00 06 0a 2b 06 01 04 01 bf 08 03 02 0a 第三个“名-值”对；变量名1.3.6.1.6.3.1.1.4.3.0；变量值1.3.6.1.4.1.8072.3.2.10；