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【TCP/IP】16. 简单网络管理协议

news 2025/7/12 14:10:40

16. 简单网络管理协议

  • 16. 简单网络管理协议
    • 16.1 简单网络管理模型
    • 16.2 简单网络管理协议概述
    • 16.3 报文格式
    • 16.4 管理信息结构（SMI）
    • 16.5 管理信息库（MIB）
    • 16.6 MIB 组
    • 本章要点

16. 简单网络管理协议

16.1 简单网络管理模型

简单网络管理协议（SNMP）是应用层协议，用于实现对 TCP/IP 网络的统一管理，核心是 “管理站 - 代理” 模型，通过标准化的结构和协议实现对网络设备的监控与控制。

  1. SNMP 的组成
    基于 TCP/IP 的网络管理包含三个核心部分：
    • 管理信息库（MIB）：存储代理进程中所有可查询和修改的参数，由被管对象及其属性组成，是管理进程与代理进程共享的信息集合。
    • 管理信息结构（SMI）：定义 MIB 的统一结构和表示方法，规范被管对象的命名、类型和编码规则。
    • SNMP 协议：管理进程与代理进程之间的通信协议，定义了信息交互的格式和操作。
  2. 核心角色
    • 管理站（网络管理系统，NMS）：网络管理员的接口，能将管理员命令转换为对远程设备的监控 / 控制操作，从全网 MIB 中提取数据并进行分析（如故障诊断），需具备管理应用软件。
    • 代理进程（Agent）：驻留在被管理设备中的软件 / 硬件，负责：
      • 翻译管理站的请求，验证操作可行性；
      • 与设备功能实体通信，执行信息处理；
      • 向管理站返回响应或主动发送异常通知（trap）。
  3. 网络管理三要素
    • 被管理设备：含代理进程，记录设备状态；
    • 网络管理设备：含管理站，具备网络通信能力；
    • 管理协议（SNMP）：代理与管理站之间交换信息的规则。
  4. 关键术语
    • 网络元素（网元）：网络中的具体通信设备（如路由器、交换机）或逻辑实体；
    • 对象：具有信息特性的网络资源（如端口状态、流量统计）；
    • 被管理对象：可被 SNMP 协议管理和控制的网络资源。

16.2 简单网络管理协议概述

SNMP 通过 “轮询” 和 “中断” 两种方式实现管理站与代理的通信，历经三个版本的演进，功能不断完善（尤其是安全性和灵活性）。

  1. 通信方式
    • 轮询（Polling）：管理站按固定间隔向代理发送请求，代理返回当前状态或统计数据。
      • 缺点：实时性差（故障通知延迟）；间隔过短可能导致网络拥塞。
    • 中断（Interrupt-based）：被管理设备出现异常时，代理主动向管理站发送通知（trap）。
      • 优点：实时性强；
      • 问题：消耗系统资源，可能影响设备性能。
  2. SNMP 版本演进
    • SNMPv1（RFC 1155、1157 等）：基础版本，定义 5 种 PDU（操作），安全性弱（依赖明文 “共同体” 认证）。
    • SNMPv2（RFC 2578 等）：支持分布式管理，扩展 PDU 至 8 种，增强安全性和功能（如批量获取数据），新增get-bulk-request等操作。
    • SNMPv3（RFC 3411 等）：重点提升安全性，定义全新体系结构，支持认证、加密和访问控制，兼容 v2 的部分标准。
  3. SNMPv3 体系结构
    • SNMP 实体：由 “SNMP 引擎” 和 “应用” 组成，每个网络节点配置一个实体。
      • SNMP 引擎：含 4 个子系统：
        • 分发器：接收 / 发送 PDU，按版本分派给相应处理模块；
        • 报文处理子系统：解析和构造 SNMPv1/v2c/v3 报文；
        • 安全子系统：提供认证（完整性和源鉴别）、加密服务，默认采用基于用户的安全模型（USM），认证协议为 HMAC-MD5-96/HMAC-SHA-96，加密协议为 CBC-DES；
        • 访问控制子系统：控制对 MIB 对象的访问，默认采用基于视图的访问控制模型。
      • SNMP 应用：含 5 类功能模块：
        • 命令产生器：生成 SNMP 请求（如 get/set）；
        • 命令应答器：处理请求并返回响应；
        • 通告产生器：生成异步通知（trap）；
        • 通告接收器：处理异步通知；
        • 代理转发器：在 SNMP 实体间转发报文。

16.3 报文格式

SNMP 报文通过 UDP 传输，结构随版本略有差异，核心由 “首部”“操作相关字段”“变量绑定” 组成。

  1. SNMPv1 报文结构
    报文由三部分组成：

    • 公共 SNMP 首部：

      • 版本：版本号减 1（v1 填 0）；
      • 共同体（community）：管理站与代理间的明文口令（默认 “public”）；
      • PDU 类型：标识操作类型（0-4，对应 get-request、get-next-request、get-response、set-request、trap）。

    • get/set 首部或 trap 首部：

      • get/set 首部

        （用于 get/set 类操作）：

        • 请求 ID：匹配请求与响应的唯一标识；
        • 差错状态：代理返回的操作结果（0 = 成功，1 = 报文过大，2 = 对象不存在等）；
        • 差错索引：出错变量在变量列表中的偏移（仅差错时有效）。

      • trap 首部

        （用于代理主动通知）：

        • 企业：产生 trap 的设备的对象标识符（位于1.3.6.1.4.1（enterprises）子树）；
        • trap 类型（generic-trap）：7 种预定义类型（0=coldStart，1=warmStart，2=linkDown，3=linkUp，4=authenticationFailure，5=egpNeighborLoss，6=enterpriseSpecific）；
        • 特定代码：trap 类型为 6 时，标识自定义事件（否则为 0）；
        • 时间戳：自代理初始化至事件发生的时间（单位 0.01 秒）。

    • 变量绑定（Variable-bindings）：由 “对象标识符 - 值” 对组成，标识要操作的被管对象及其值（get 请求中值可忽略）。

  2. 端口使用

    • 代理进程用161 端口接收 get/set 报文；
    • 管理进程用162 端口接收 trap 报文。

  3. SNMPv3 报文扩展

    • 定义 8 种 PDU（如 get-bulk-request、info-request 等），报文结构新增 “安全参数”（含引擎标识、用户名等），增强安全性。

16.4 管理信息结构（SMI）

SMI 规范了 MIB 中信息的组织、类型和编码，确保管理站与代理能正确解析和交互信息。

  1. 数据类型

    • 通用类型

      （基于 ASN.1）：

      • 简单类型：INTEGER（整数，含枚举）、OCTET STRING（字节串）、DISPLAY STRING（可显示字符串）、NULL（空值）、OBJECT IDENTIFIER（对象标识符）；
      • 构造类型：SEQUENCE（列表，含 0 个或多个元素）、SEQUENCE OF（向量，元素类型相同，用于表格）。

    • 应用类型

      （SNMP 专用）：

      • IpAddress：4 字节，表示 IP 地址；
      • PhysAddress：物理地址（如以太网 6 字节）；
      • Counter32/Counter64：32 位 / 64 位计数器（递增至最大值后归 0）；
      • Gauge32：32 位计量器（递增至最大值后锁定）；
      • TimeTicks：时间计数器（单位 0.01 秒）。

  2. 对象命名

    • 采用

      对象标识符（OID）唯一标识被管对象，形式为点分十进制整数（如1.3.6.1.2.1），对应一棵全球命名树：

      • 顶级节点：iso（1）、ccitt（0）、joint-iso-ccitt（2）；
      • 因特网相关节点：iso.org.dod.internet（1.3.6.1），其下包含 mgmt（2，管理）、private（4，企业私有）等子树；
      • MIB-2 节点：1.3.6.1.2.1（internet.mgmt.mib-2），包含各类网络协议相关对象。

  3. 编码方式

    • 采用

      基本编码规则（BER），每个数据项编码为 “标记 - 长度 - 值”（TLV）结构：

      • 标记：标识数据类型（如 0x02=INTEGER，0x40=IpAddress）；
      • 长度：值的字节数；
      • 值：数据的二进制表示。

    • 示例：IP 地址130.10.20.1的 BER 编码为40 04 82 0A 14 01（标记 0x40，长度 4 字节，值为 130.10.20.1 的十六进制）。

16.5 管理信息库（MIB）

MIB 是被管对象的集合，定义了网络设备中可被管理的变量，每个变量包含对象名称、类型、访问权限和状态。

  1. MIB 的组成
    每个 MIB 项包含：
    • 对象：被管对象的名称（如 sysDescr、ifInOctets）；
    • 语法：对象的数据类型（如 DisplayString、Counter32）；
    • 访问字段：定义访问权限（按级别从低到高）：
      • not-accessible（不可访问）；
      • accessible-for-notify（仅通告可访问）；
      • read-only（只读）；
      • read-write（读写）；
      • read-create（可读可创建）；
    • 状态字段：标识实现必要性：
      • current（当前支持）；
      • deprecated（当前支持但未来可能取消）；
      • obsolete（已不支持）。
  2. MIB 的版本
    • MIB-1（1988 年）：含 114 项，分 2 组，被管理设备需支持所有适用项。
    • MIB-2（1990 年）：MIB-1 的扩展，含 171 项，分 10 组（新增如路由、传输层协议相关组），设备需支持所有适用项。
    • 扩展 MIB：各企业可定义私有 MIB（位于1.3.6.1.4.1（enterprises）子树，如 IBM 为1.3.6.1.4.1.2，Cisco 为1.3.6.1.4.1.9）。
  3. 对象命名树结构
    核心子树如下：
    • 1.3.6.1（internet）：包含 mgmt（2）、experimental（3）、private（4）等；
    • 1.3.6.1.2.1（mib-2）：MIB-2 的核心，包含 system、interface、ip、tcp 等组；
    • 1.3.6.1.4.1（enterprises）：企业私有 MIB 子树。

16.6 MIB 组

MIB-2 包含多个组，分别对应网络设备的不同层面（系统、接口、协议等），每组包含特定的被管对象。

  1. system 组
    提供设备的整体信息，含 7 个变量，用于配置管理和故障管理：

    变量名称数据类型含义
    sysDescrDisplayString系统文字描述（如设备型号、操作系统版本）
    sysObjectIDObjectID设备厂商的对象标识符（位于1.3.6.1.4.1子树）
    sysUpTimeTimeTicks设备启动后运行的时间（单位 0.01 秒）
    sysContactDisplayString联系人及联系方式（如管理员邮箱）
    sysNameDisplayString设备的完全合格域名（FQDN）
    sysLocationDisplayString设备的物理位置（如 “机房 A-1 架”）
    sysServicesINTEGER(0-127)设备提供的服务级别（按层次累加，如网络层 = 4，传输层 = 8）

  2. interface 组
    提供物理 / 虚拟接口的信息，含 2 个顶级对象：

    • ifNumber：INTEGER，设备的接口总数；
    • ifTable：接口表，每个接口对应一条记录，包含以下核心变量：
    变量名称数据类型含义
    ifIndexINTEGER接口索引（1 到 ifNumber）
    ifDescrDisplayString接口描述（如 “Ethernet0/0”）
    ifTypeINTEGER接口类型（如以太网 = 6，802.3 以太网 = 7）
    ifMtuINTEGER最大传输单元（MTU）
    ifSpeedGauge32接口速率（bps）
    ifPhysAddressPhysAddress物理地址（如以太网 MAC 地址）
    ifAdminStatusINTEGER(1-3)期望状态（1 = 工作，2 = 不工作，3 = 测试）
    ifOperStatusINTEGER(1-3)当前状态（1 = 工作，2 = 不工作，3 = 测试）
    ifInOctetsCounter32接收的字节总数
    ifOutOctetsCounter32发送的字节总数

  3. ip 组
    提供 IP 协议相关信息，用于配置、故障和性能管理，核心变量包括：

    变量名称数据类型含义
    ipForwardingINTEGER(1-2)是否转发 IP 分组（1 = 是，2 = 否）
    ipDefaultTTLINTEGER默认 TTL 值（如 64）
    ipInReceivesCounter32接收的 IP 数据报总数
    ipInHdrErrorsCounter32因首部错误丢弃的数据报数
    ipInAddrErrorsCounter32因目的地址错误丢弃的数据报数
    ipForwDatagramsCounter32转发的数据报数
    ipInDeliversCounter32交付给上层协议的数据报数

  4. tcp 组
    提供 TCP 协议相关信息，含系统对象和连接表，核心变量包括：

    变量名称数据类型含义
    tcpRtoAlgorithmINTEGER重传超时算法（如 1 = 指数退避）
    tcpActiveOpensCounter32主动打开连接数（CLOSED→SYN_SENT）
    tcpPassiveOpensCounter32被动打开连接数（LISTEN→SYN_RCVD）
    tcpCurrEstabGauge32当前建立的 TCP 连接数
    tcpInSegsCounter32接收的 TCP 段总数
    tcpOutSegsCounter32发送的 TCP 段总数
    tcpRetransSegsCounter32重传的 TCP 段总数

  5. udp 组
    提供 UDP 协议相关信息，含 4 个简单变量和 1 个表：

    变量名称数据类型含义
    udpInDatagramsCounter32接收的 UDP 数据报总数
    udpNoPortsCounter32因端口无效丢弃的 UDP 数据报数
    udpInErrorsCounter32接收的错误 UDP 数据报数
    udpOutDatagramsCounter32发送的 UDP 数据报总数
    udpTableSEQUENCE OFUDP 监听表，含本地 IP 地址和端口号

  6. sctp 组
    随 MIB-2 扩展加入，用于管理 SCTP（流控制传输协议），包含统计信息、参数和关联表等，结构较复杂（详见 P274）。

本章要点

  • SNMP 是应用层协议，核心组成包括 MIB（被管对象集合）、SMI（信息结构规范）和 SNMP 协议（通信规则），通过 “管理站 - 代理” 模型实现网络管理。
  • 通信方式分为轮询（管理站主动查询）和中断（代理主动通知），各版本中 SNMPv3 安全性最强（支持认证、加密和访问控制）。
  • SMI 定义了数据类型（通用 / 应用类型）、对象命名（OID 树）和编码（BER），确保信息交互的一致性。
  • MIB-2 是核心管理信息库，包含 system、interface、ip、tcp、udp 等组，每组通过具体变量反映设备状态和协议运行情况。
  • 被管对象的访问权限（只读、读写等）和状态（当前、作废等）决定了管理操作的可行性，是配置和监控的基础。
http://www.dtcms.com/a/275023.html

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