ASN.1编码规则详解.pdf
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1、ASN.1 编码规则详解ASN.1 编码规则详解 1 简介简介 ? 注释:注释: 本章的内容主要翻译自ASN.1 Communication between Heterogeneous Systems和 ASN.1 Complete。 ASN.1 Abstract Syntax Notation dot one,抽象记法 1。数字 1 被 ISO 加在 ASN 的后 边,是为了保持 ASN 的开放性,可以让以后功能更加强大的 ASN 被命名为 ASN.2 等,但至今也没 有出现。 不同体系的系统,不同编程语言之间,都存在通讯障碍。如 Figure 1-1a)所示极端情况下, 为了保证网络中 n
2、 个异体的节点能互通,我们需要为每个节点编写(n-1)个编解码程序,即需要 总数为 n*(n-1)个编解码程序。在 b)所示极端情况下,为了保证互通,需要为每个节点编写 1 个编码和 1 个解码程序,即总数为 2n 个编解码程序。 Figure 1-1 两种类型的通讯方式 对于给定的记法描述,ASN.1 编译器能执行并产生如 Figure 1-2 图中虚线部分,这样我 们以有限的代价就能完成相当多数量系统之间的互连。 Figure 1-2 语法三元组:实际语法、抽象语法和传输语法 图中实际语法(Concrete Syntax)是指诸如 C、Objective Caml 等这样实际编程语言,抽
3、象语法(Abstract Syntax)指 ASN.1,传输语法(Transfer Syntax)指表示层交换数据的表示 方法。从抽象语法到传输语法,由 ASN.1 编译器按照编解码规则实现。通俗来讲,抽象语法就是 协议采用 ASN.1 规范描述的描述文本;传输语法就是实际通讯系统间的码流。 Figure 1-3 抽象语法与传输语法 其实在早期的一些标准如 ASCII,它们既定义了抽象语法(比如字母 A),又定义了传输语 法(0 x41)。ASN.1 分离了这两种概念,以便可以选择一种适合要求的编解码方法。系统可以选 择编码方法以使信息传送时效率很高,或者具有很高的可靠性,等等。另一方面,定义
4、好的编码 规则也会很大地节约应用协议开发人员的时间, 特别是当牵涉到的数据结构很复杂的时候。 当使 用 ASN.1 的项目较多时, 这种节约更加明显, 因为编解码程序可以只开发一次但很多应用程序都 可以用它。 我们可以看出,可以将通信编解码设计与开发工作转嫁给 ASN.1 编译器完成。从而不必在 手工编写编解码器。一方面大量减少了缺陷引入,另一方面更是大大加快了系统开发速度(不用 编写编解码器,也不同详细调试,维护代价也很小)。 Figure 1-4 转嫁编解码器工作给 ASN.1 编译器 讨论 ASN.1 就不得不先提到标准组织 ISO 和 ITU。 1.2 ISO 简介简介 国际标准组织(
5、ISO International Organization for Standardization)于 1946 年 在美国成立,其负责制定众多领域的国际标准;但除电气、电子和电子工艺领域外,这些主要是 IEC(International Electrotechnical Commission)负责。 ISO 汇集了一百多个代表其自己国家的标准委员会(称之为 NB National Body),ANSI (American National Standard Institute)代表美国,AFNOR (Association Francaise de NORmalisation)代表法国,B
6、SI(British Standard Institute)代表英联邦,等等。其它一 些组织可以参加讨论,提出议案,但不能参加投票。 Figure 1-5 ISO 组织结构 如 Figure 1-5 所示,ISO 共分为 172 个技术委员会 Technical Committee (TC)负责相应 标准化领域。 所有议题都在子委员会 SubCommittees 中共享,Subcommittee 又分为工作组 Working Groups(WG)。 到1987年, 著名的OSI标准就是TC97的成果, 称之为 “Telecommunications and Information Exchan
7、ge Between Systems”。在 1987 年,ISO 和 IEC 两个标准化组织一致认为都应当关注信 息技术 Information Technology,因此成立了一个联合技术委员会称为 JTC1。JTC1 的秘书处由 ANSI 负责。 Figure 1-6 JTC1 组织结构示意图 在 ASN.1 标准刚刚受到关注时,基于历史原因,ASN.1 主要来自于 CCITT 的成果,有很多提 案来自 CCITT。在 80 年代,ISO 在 1990 年左右成为主角前,两个委员会的确有过合作。 1.3 ITU 简介简介 国际电信联盟 ITU(International Telecommu
8、nication Union)总部位于日内瓦,于 1947 年成为联合国的专设机构,其前身为成立于 1865 年的国际电报联盟(International Telegraph Union) 。 ITU 汇集了 188 个代表其国家的公共电信运营商和大约 450 个来自私有部门称之为 RPOA (Registered Private Operating Authorities)的成员(如 AT ? H: Audiovisual and Multimedia Systems; ? Q: Switching and Signalling; ? T: Terminals for Telematic S
9、ervices; ? V: Data Communications Over the Telephone Network; ? X: Data Networks and Open System Communications; ? Z: Programming Languages. 到 1992 年,所有 CCITT 已经通过其委员会多次论证后的建议每四年发布一次(即使某 些部分还未完成),其封面用不同的颜色(即黄皮书、红皮书、兰皮书和白皮书):黄色 代表 1976-1980,红色代表 1980-1984,蓝色代表 1984-1988,白色代表 1988-1992。 ITU-T 现在是当某个标准
10、稳定后单独发布。此外,自 1994 年开始,为了防止出现不一 致, ISO/IEC 和 ITU-T 都是联合发布标准文本 (各用不同的参考号) 。 不一致的情况在 ASN.1 中出现过。 ITU-T 分为研究组 SG(Study Group),其中: ? SG VII,“Data Networks and Open System Communications”,课题 广泛,包括互连(比如 ASN.1),X.25 网络标准,X.400 Email 姓名地址录标准,网络 安全和网络管理等。 ? SG VIII,“Terminals for Telematic Services”负责 Teletex
11、,Videotex 和字符集等。 每个 SG 的工作又被划分为问题问题 Question: 其中一些相当有名, 比如涉及 OSI 模型的 Q24/7; 另外一些则是对以发布标准的更为精确的更新。 每个问题最终结束于一个新标准或者一个现有标 准的补充。 1.4 ASN.1 历史历史 开始于 1982 年夏天,许多开发应用层标准的人意识到他们面临同一个问题:数据结构变得 越来越复杂,难以用预定的规程来编解码比特或者字节(在 1978 年,OSI 中术语 Open 是至关重 要的)。如同编译器取代了汇编器,通常认为编码器应当从描述 Specification 自动产生,这样 使得描述也等效为一种计算
12、机程序。 1.4.1 诞生诞生 James White 和 Douglas Steedman 分别提出一个基本的记法和算法,这套记法能定义 Email 消息控制系统协议 MHS(Message Handling System)的编码比特格式。这种记法和编码规则是 机器无关的,能表述复杂的数据结构。 James White 当时是 CCITT X.400 (MHS)建议系列的起草人,并且为施乐公司(Xerox Corporation)设计了 Courier 记法,这种记法能翻译 XNS(Xerox Network Services)的 RPC (Remote Procedure Call)传送的
13、数据。Courier 作为第一种外部的数据记法而闻名。同时它 对后来的 XDR(来自 Sun Microsystems Inc.)和 NDR(来自 Apollo Computer Inc.)都产生了 积极的影响。 1984 年,CCITT 将这种记法标准化,参考号为 X.409(红皮书)。X.409 建议成为:Message Handing Systems: Presentation Transfer Syntax And Notation。它的目标和范围为:“the presentation transfer syntax used by application layer protocol
14、s in message handling systems and by the document interchange protocol for the telematic services. In the architecture of open systems interconnection (OSI), a presentation transfer syntax is used to represent information exchanged between application entities” X.409 记法和 MHS 系统是完全独立的,部分原因是 Email 协议处
15、理的对象是十分复杂的,没 有大小限制,多种字符串类型,链接的结构,为数众多的选项等。结果,许多 OSI 应用标准化工 作组发现这种记法对他们也有用。 1.4.2 1989 和和 1990 版本版本 如前所述,1987 年 ISO 和 IEC 成立了 JTC 1。 1989 年 CCITT 发布了两个文档 X.208(ASN.1)和 X.209(BER)来替代 X.409 建议。其中 很多新特性是由 JTC 1 引入的: subtypes, floats (REAL type), pointers (ANY DEFINED BY type) and the default tagging mod
16、es (IMPLICIT TAGS and EXPLICIT TAGS)。他们这套 X.200 系列 称为“General OSI Infrastructure”,表示 ASN.1 成为应用层一种独立的描述语言。 1990 年 ISO 发布了新的 ISO 8824 和 ISO8825 标准,和 X.208 相比,有三处地方相悖。具体 问题请参考 1.6.1 CCITT 1989 版本和 ISO 1990 版本的冲突。 自 1998 年开始,ISO 和 ITU-T 联合发布他们的标准文本,避免再次出现标准间的冲突。 1.4.3 1994 版本版本 新的版本(实际是 1994 年完成草案) ASN
17、.1 :1994 于 1995 年被 ISO 通过,成为正式标准。 为了阐述数目众多的条件和介绍新概念,该标准分为四个部分: 1) ITU-T Rec. X.680 (1994) | ISO/IEC 8824-1:199518: Specification of Basic Notation, 2) ITU-T Rec. X.681 (1994) | ISO/IEC 8824-2:1995: Information Object Specification, 3) ITU-T Rec. X.682 (1994) | ISO/IEC 8824-3:1995: Constraint Specifi
18、cation, 4) ITU-T Rec. X.683 (1994) | ISO/IEC 8824-4:1995: Parameterization of ASN.1 Specifications, 几个月之后,发布了两个补充和一个技术勘误表: ? ITU-T Rec. X.680/Amd.1 (1995) | ISO/IEC 8824-1:1995/Amd.1: Rules of Extensibility, ? ITU-T Rec. X.680/Corr.1 (1995) | ISO/IEC 8824-1:1995/Corr.1: Technical Corrigendum 1, ? IT
19、U-T Rec. X.681/Amd.1 (1995) | ISO/IEC 8824-2:1995/Amd.1: Rules of Extensibility. 编码规则部分被分成了两个部分(和一个技术勘误表): ? ITU-T Rec. X.690 (1994) | ISO/IEC 8825-1:1995: ASN.1 Encoding Rules: Specification of Basic Encoding Rules, Canonical Encoding Rules, and Distinguished Encoding Rules, ? ITU-T Rec. X.690/Corr
20、.1 (1995) | ISO/IEC 8825-1:1995: Technical Corrigendum 1, ? ITU-T Rec. X.691 (1995) | ISO/IEC 8825-2:1995: ASN.1 Encoding Rules: Specification of Packed Encoding Rules 这些标准给出了官方正式编码规则,这对诸如传输加密数据情况来说是必需的。 1994 版本和以前版本相比的差异和新特性,请参考 1.6.2 错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。 1.4.4 1997 版本版本 语义模型分为三个补充文件: ? ITU-T Rec.
21、X.680 (1997)/Amd.2 (1999) | ISO/IEC 8824-1:1998/Amd.2 ? ITU-T Rec. X.681 (1997)/Amd.1 (1999) | ISO/IEC 8824-2:1998/Amd.1 ? ITU-T Rec. X.683 (1997)/Amd.1 (1999) | ISO/IEC 8824-4:1998/Amd.1 相关对象标识符新的 RELATIVE-OID 类型说明在三个补充文件: ? ITU-T Rec. X.680 (1997)/Amd.1 (1999) | ISO/IEC 8824-1:1998/Amd.1 ? ITU-T R
22、ec. X.690 (1997)/Amd.1 (1999) | ISO/IEC 8825-1:1998/Amd.1 ? ITU-T Rec. X.691 (1997)/Amd.1 (1999) | ISO/IEC 8825-2:1998/Amd.1 新增四个技术勘误表: ? ITU-T Rec. X.680 (1997)/Corr.1 (1999) | ISO/IEC 8824-1:1998/Corr.1 ? ITU-T Rec. X.681 (1997)/Corr.1 (1999) | ISO/IEC 8824-2:1998/Corr.1 ? ITU-T Rec. X.690 (1997)/
23、Corr.1 (1999) | ISO/IEC 8825-1:1998/Corr.1 ? ITU-T Rec. X.691 (1997)/Corr.1 (1999) | ISO/IEC 8825-2:1998/Corr.1 1994 版本和以前版本相比的差异和新特性,请参考 1.6.3 1997 版本新特性和 1.6.4 错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。 1.4.5 最新版本最新版本 目前最新版本的协议为: ? ITU-T X.680 (ISO/IEC 8824-1) - Abstract Syntax Notation One (ASN.1): Specification of Ba
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