信息论编码精品课件

1、信息论编码第1页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一1.网络系统的发展，怎么进行 异种 (异构）?信息间的通信？2.为什么用ASN.1？现有的数据结构表达方式不可以吗？3.传输语法与BER.第2页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一2.1 网络数据表示 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 体现什么思想？ 和SNMP协议、数据类型是什么关系？第3页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一 ASN.1描述了一种对数据进行表示、编码、传输和解码的数据格式。它提供了一整套正规的格式用于描述对象的结构，而不管语言上如何执行

2、及这些数据的具体指代，也不用去管到底是什么样的应用程序。ASN.1是什么？第4页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一 在任何需要以数字方式发送信息的地方，ASN.1 都可以发送各种形式的信息（声频、视频、数据等等）。 ASN.1 和特定的 ASN.1 编码规则推进了结构化数据的传输，尤其是网络中应用程序之间的结构化数据传输，它以一种独立于计算机架构和语言的方式来描述数据结构。第5页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一 ASN.1 取得成功的一个主要原因是它与几个标准化编码规则相关，如基本编码规则（BER） -X.209 、规范编码规则（CER）、识别名编码规

3、则（DER）、压缩编码规则（PER）和 XER 编码规则（XER）。 这些编码规则描述了如何对 ASN.1 中定义的数值进行编码，以便用于传输，而不管计算机、编程语言或它在应用程序中如何表示等因素。 第6页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一1.在互相通信的端系统中至少有一个应用实体和一个表示实体。2.把抽象数据变换成比特串的编码规则叫做传输语法。 如图2.1所示。 网络数据表示 第7页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一图2.1 关于信息表示的通信系统模型 第8页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一name valueGet-reques

4、t 报文?协议？ ASN.1 编码? V01 03 06 01 02 01 01 01 00 L09 TOBJECT IDENTIFIER TNULL L00 L01 TSEQUENCE？ L0C L0E L04 TINTEGER L01request-iderror-statuserror-indexvariable-bindings TINTEGER V05 AE 56 02 V00 TSEQUENCE OF？ TINTEGER V00VarBind TA0 L1DGetRequest-PDUrequest-ID1. 3. 6. 1. 2. 1. 7. 1. 0GetRequest-PDU

5、和七层协议的关系？第9页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一ASN.1表示数据例子例如：数据类型特点？Report := SEQUENCE author OCTET STRING, title OCTET STRING, body OCTET STRING,biblio Bibliography第10页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一在这个例子中，Report是由名字类型的信息组成的，而SEQUENCE表示消息是许多数据单元构成的，前三个数据单元的类型是OCTET STRING，而最后一个数据类型则下面的ASN.1语法表示它的意义：Bibliograph

6、y := SEQUENCE author OCTET STRING title OCTET STRINGpublisher OCTET STRINGyear OCTET STRING 第11页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一2.2 ASN.1的基本概念 ASN.1文本的书写规则，这些规则叫做文本约定：(1)书写的布局是无效的，多个空格和空行等效于一个空格；(2) 用于表示值和字段的标识符、类型指针(类型名)和模块名由大小写字母、数字和短线组成； 第12页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一(3) 标识符以小写字母开头；(4) 类型指针和模块名以大写字母开

7、头；(5) ASN.1定义的内部类型全部用大写字母表示；(6) 关键字全部用大写字母表示；(7) 注释以一对短线(- -)开始，以一对短线或行尾结束。 ASN.1的特点？第13页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一2.2.1 抽象数据类型在ASN.1中，每一个数据类型都有一个标签(Tag)？，标签有类型和值(见表2.1)，数据类型是由标签的类型和值惟一决定的，这种机制在数据编码时有用。标签的类型分为以下4种： 通用标签 应用标签 上下文专用标签 私有标签第14页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一ASN.1定义的数据类型有20多种，标签类型都是UNIVERS

8、AL，如表2.1所示。这些数据类型可分为4大类。 简单类型(?) 构造类型 标签类型 其他类型 (CHOICE、ANY)第15页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一表2.1 ASN.1定义的通用类型 ？第16页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一表2.1 ASN.1定义的通用类型 ？第17页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一第一组BOOLEAN、INTEGER、BIT STRING、OCTET STRING、REAL、ENUMERATED. 枚举类型的值只是用整数表示的一个符号，而不具有整数的性质。下面是定义枚举类型的例子：Etherne

9、tAdapterStatus:=ENUMERATEDnormal(0),degraded(1), offline(2),failed(3)1. 简单类型 第18页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一第二组包括各种字符串类型，标签为UNIVERSAL 1822和UNIVERSAL 2527（表示字符类型 为何如此多的类型？）第三组包括OBJECT IDENTIFIER和Object Descriptor两种类型。第四组包含4种类型。NULL是空类型，EXTERNAL是外部类型，UTCTime和GeneralizedTime是两种有关时间的类型，其区别是表示时间的形式不同。例如

10、20000721182053.7是GeneralizedTime类型的一个值，表示2000年7月21日，当地时间18点20分53.7秒。20000721182053.7Z表示同样的时间，但是加了符号Z，则表示UTC时间。第19页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一2. 构造类型构造类型有序列和集合两种，分别用SEQUENCE和SEQUENCE OF表示不同类型和相同类型元素的序列，分别用SET和SET OF表示不同类型和相同类型元素的集合。他们的区别是什么？第20页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一下面是定义序列类型的例子：EthernetCollisio

11、nsCounter:=SEQUENCE highValue INTEGER, lowValueINTEGER TokenRingTokensLost:=SEQUENCE highValueINTRGER, lowValueINTEGER LanSimpleCounterLimits:=SEQUENCE ethernetCounter1 COMPONENTS OF EthernetCollisionsCounter, tokenRingCounter1COMPONENTS OF TokenRingTokensLost 第21页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一下面是定义集合类

12、型的例子：LanWorkstationSerialNumbers:=OCTET STRING(SIZE(32)LanSegment:=SET OF LanWorkstationSerialNumbersMacAddresses:=OCTET STRING(SIZE(6)EthernetNetworks:=SET OF MacAddressesTokenRingNetworks:=SET OF LanSegmentLanNetwork:=SET etherNet 0 IMPLICIT EthernetNetworks, tokenNet 1 IMPLICIT TokenRingNetworks

13、第22页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一3. 标签类型 Exuniv:=UNIVERSAL 2 INTEGER Exappl:=APPLICATION 0 INTEGER Expriv:=PRIVATE 1 INTEGER 标签由一个 标签类 和 一个 标签号 组成。指应用或用户加在某个类型上的标签。加上一个标签后就是一个新的类型。标签类型作用？例如集合中有3个同样类型的元素，一个指本人的名字，一个指父亲的名字，另一个指母亲的名字，分别为其指定不同的上下文专用标签1、2和3以示区别，参见下例： 第23页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一Parentag

14、e:=SETSubjectName1 IMPLICIT IA5String,MotherName 2 IMPLICIT IA5String OPTIONAL,FatherName 3 IMPLICIT IA5String OPTIONAL 在编码中注意： Expriv:=PRIVATE 1 IMPLICIT INTEGER Expriv:=PRIVATE 1 (EXPLICIT) INTEGER 新老标签编码？第24页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一4. 其他类型(他们类型的作用？）CHOICE和ANY是两个没有标签的类型， 下面是定义CHOICE类型的例子：Ethern

15、etAdapterNumber:=CHOICENULL, OCTET STRING第25页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一ANY类型表示任意类型的任意值例1，我们可以定义SoftwareVersion:=ANY 例2，TextBook:=SEQUENCE author IA5String, reference ANY 第26页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一实例 author “sfssfs”, reference IA5String “42342sf” author “sfssfs”, reference INTEGER 1988 第27页，共86

16、页，2022年，5月20日，1点23分，星期一2.2.2 子类型子类型是由限制父类型的值集合而导出的类型，因此子类型的值集合是父类型的子集。子类型还可以再产生子类型。（面向对象）第28页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一1. 单个值这种方法就是列出子类型可取的各个值。例如，我们可以定义小素数为整数类型的子集：SmallPrime:=INTEGER(2|3|5|7|11|13|15|17|19|23|29)另外，如果定义Months为枚举类型：Months:=ENUMERATEDjanuary(1),february(2),march(3),april(4),may(5),

17、june(6),july(7),august(8),september(9),october(10),november(11),december(12) 第29页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一则可以定义First-quarter和Second-quarter为Months的子类型：First-quarter:=Months(january,february,march)Second-quarter:=Months(april,may,june) 第30页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一2. 包含子类型(与前者的区别？）这里要用到关键字INCLUDE

18、S，说明被定义的类型包含了已有类型的所有的值。例如下面的定义：First-half:=Months(INCLUDES First-quarter | I NCLUDES Second-quarter)第31页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一3. 值区间( ？)这种方法只能应用于整数和类型，指出子类型可取值实数的区间。在下面的定义中PLUS-INFINITY和MINUS-INFINITY分别表示正、负最大值，MAX和MIN分别表示父类型可允许的最大值和最小值，区间可以是闭区间或开区间。如果是开区间，则加上符号“”。因此下面4个定义是等价的： PositiveInteger:

19、=INTEGER(0.PLUS-INFINITY) PositiveInteger:=INTEGER(1.PLUS-INFINITY) PositiveInteger:=INTEGER(0.MAX) PositiveInteger:=INTEGER(1.MAX) 第32页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一同理，下面4个定义也是等价的： NegativeInteger:=INTEGER(MINUS-INFINITY.0) NegativeInteger:=INTEGER(MINUS-INFINITY.-1) NegativeInteger:=INTEGER(MIN.0) Ne

20、gativeInteger:=INTEGER(MIN.-1) 第33页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一4. 可用字符(与单个值？区别？）这种方法只能用于字符串类型，限制可使用的字符集。下面是两个限制可用字符的例子：TouchToneButtons:=IA5String(FROM(0|1|2|3|4| 5|6|8|9|*|#)DigitString:=IA5String(FROM(0|1|2|3|4| 5|6|8|9) 第34页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一5. 限制大小可以限制其规模大小，例如限制比特串、字节串或字符串的长度，限制构成序列或集合的元

21、素(同类型)个数等。例如公共数据网的地址由514个数字组成，这个规定可用下面的定义表示：It1DataNumber:=DigitString(SIZE(5.14)第35页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一6. 内部子类型（约束）这种方法可用于序列、集合和CHOICE类型。这是一种很复杂的子类型关系，下面用例子说明。假定有一种协议数据单元：PDU:=SETalpha0 INTEGER, beta 1 IA5String OPTIONAL, gamma2 SEQUENCE OF Parameter, delta 3 BOOLEAN 第36页，共86页，2022年，5月20日，1

22、点23分，星期一下面定义的子类型测试协议数据单元要求布尔值必须是FALSE，整数值必须是负的：TestPDU:=PDU(WITH COMPONENTS.delta(FALSE),alpha(MIN. ?表示0126 指明后续用于表示长度的字节数 第63页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一 例如，L长度为(255)10可表示为 L= 10000001 11111111 T L V那么256长度 要用几个字节表示长度？可表示为多少？第64页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一那么256 要用几个字节表示长度？可表示为多少？1000001000000001000

23、00000指出 V 字段长度 = 256 字节指出后续字节数 = 2后续字节数 = 2 L标志位标志位：长度：长度值第65页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一TLV 中的 L 字段定义 V 字段的长度 指出 V 字段长度 = 2 字节00000010100000100000000100000110单字节的 L 字段指出 V 字段长度 = 262 字节多字节的 L 字段指出后续字节数 = 2后续字节数 = 2263呢？简单的计算方法？第66页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一name valueGet-request 报文 ASN.1 编码？ V01 03

24、 06 01 02 01 01 01 00 L09 TOBJECT IDENTIFIER TNULL L00 L01 TSEQUENCE L0D L0F L04 TINTEGER L01request-iderror-statuserror-indexvariable-bindings TINTEGER V05 AE 56 02 V00 TSEQUENCE OF TINTEGER V00VarBind TA0 L1DGetRequest-PDUrequest-ID1. 3. 6. 1. 2. 1. 7. 1. 0GetRequest-PDU第67页，共86页，2022年，5月20日，1点23分

25、，星期一十六进制编码A0 1D /A0编码？ 02 04 05 AE 56 02 /request-id 02 01 00 /error-status 02 01 00 /error-index 30 0F / SEQUENCE OF 30 0D /SEQUENCE 06 09 01 03 06 01 02 01 07 01 00 / OBJECT IDENTIFIER 05 00 / NULL 请问各个长度(L)之间有什么关系？ 如何用ASN.1定义该结构？ 层次关系？SequenceSequence Of?第68页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一Get-request

26、 报文的ASN.1定义形式Get-request-PDU:=0IMPLICIT SEQUENCE Request-id INTEGERError-status INTEGER018Error-index INTEGER0max-bindingsVariable-bindings VarBindListVarBindList:=SEQUENCE OF VarBindVarBind:=SEQUENCE name OBJECT INDETIFIER value NULL / SEQUENCE OF 和SEQUENCE 两种结构的区别？标签值？第69页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星

27、期一2.4 ASN.1宏定义 2.4.1 模块定义模块定义的基本形式为 DEFINITIONS := BEGIN EXPORTS IMPORTS AssignmentList END 意义何在？第70页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一一个模块定义的例子：？ LanNetworkModuleiso org dod internet private enterprises Xenterprises 95DEFINITIONS EXPLICIT TAGS:= BEGIN EXPORTS LanNetworkName:=SEQUENCE OF RelativeDistinguis

28、hedName-End of EXPORTS IMPORTS 第71页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一RelativeDistinguishedName FROM InformationFrameworkioint-iso-ccitt Ds(5) modules(1) informationFramework(1) -End of IMPORTS MacAddresses:=OCTET STRING(SIZE(6) LanWorkstationSerialNumbers:=OCTET STRING(SIZE(32) LanSegment:=SET OF LanWorkst

29、ationSerialNumbers EthernetNetworks:=SET OF MacAddresses TokenRingNetworks:=SET OF LanSegment LanNetwork:=SET etherNet 0 IMPLICIT EthernetNetworks, tokenNet 1 IMPLICIT TokenRingNetworks END 第72页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一2.4.2 宏表示 宏表示：ASN.1提供的一种表示机制，用于定义宏； 宏定义：用宏表示定义的一个宏，代表一个宏实例的集合； 宏实例：用具体的值代替宏定义中的

30、变量而产生的实例，代表一种具体的类型。模块定义和上面哪种 定义有关系？有什么关系？第73页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一宏定义的一般形式如下： MACRO:= BEGIN TYPE NOTATION:= VALUE NOTATION:= END 第74页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一下面是取自RFC 1155的关于对象类型的宏定义,包含两个支持产生式子。OBJECT-TYPE MACRO:=BEGIN TYPE NOTATION:=Syntax type(TYPE ObjectSyntax) ACCESS Access STATUS Status

31、 VALUE NOTATION:= value(VALUE ObjectName) Access:= read-only |read-write |write-only |not-accessible Status:= mandatory |optional |obsolete END 第75页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一2.4.3 宏定义示例关于为什么要用宏定义? 假设我们经常需要使用整数对，于是我们定义一个ASN.1类型：Pair-integers:=SEQUENCE(INTEGER,INTEGER)如果我们还需要使用字节串对，也可以定义相应的类型：Pair-oc

32、tet-string:=SEQUENCE(OCTET STRING, OCTET STRING) 第76页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一简化类型定义的方法是使用宏定义。我们定义一个宏PAIR，它是一个类型对：PAIR TYPE-X=type TYPE-Y=type 第77页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一对应的值表示采用下面的形式：(X=value, Y=value) T0:=PAIR TYPE-X=INTEGER TYPE-Y=INTEGER用一个已有的类型代替其中的变量type，可得到宏实例，即新的类型：T1:=PAIR TYPE-X=INTEGER TYPE-Y=BOOLEANT2:=PAIR TYPE-X=VisibleString TYPE-Y=T1则下面的值属于T1类型：(X=3， Y=TRUE) 第78页，共86页，2022年，5月20日，1点23分，星期一下面的值是T2类型：(X=Name， Y=(X=4， Y=FALSE)显然，只要用已知的类型代替关键字type，就可以得到需要的数对类型。图2.5给出了PAIR的宏定义第7