ASN.1编码规则详解（最全最经典）(1)

ASN.1编码规则详解

1 简介

? 注释：

本章的内容主要翻译自《ASN.1 Communication between Heterogeneous Systems》和《ASN.1 Complete》。

1.1 ASN.1简介

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。

ASN.1是定义抽象数据类型规格形式的标准。是用于描述数据的表示、编码、传输、解码的灵活的记法。它提供了一套正式、无歧义和精确的规则，以描述独立于特定计算机硬件的对象结构。

ASN.1是通信协议中描述数据传输的正式标记（notation），它与语言实现和物理表示无关，与应用的复杂度无关。ASN.1特别适合表示现代通信应用中那些复杂的、变化的及可扩展的数据结构。

ASN.1发送任何形式（音频、视频、数据等等）的信息都必须用数字传送。ASN.1只能包含信息的结构方面（没有已经定义的或考虑到的处理数据值的操作）。它不是一个编程语言。

ASN.1 本身只定义了表示信息的抽象句法，但是没有限定其编码的方法。各种ASN.1 编码规则提供了由ASN.1描述其抽象句法的数据的值的传送语法（具体表达）。标准的ASN.1 编码规则有基本编码规则（BER，Basic Encoding Rules）、规范编码规则（CER，Canonical Encoding Rules）、唯一编码规则（DER，Distinguished Encoding Rules）、压缩编码规则（PER，Packed Encoding Rules）和XML编码规则（XER，XML Encoding Rules）。

ASN.1成功的一个主要理由是它采用了一些如BER(Basic Encoding Rules)或新制定的PER(Packed Encoding Rules)这样的标准化的编码规则，它对受带宽限制的应用程序很有用。

这些编码规则描述了如何将定义在ASN.1中的值译成适合传输的电码（例如:他们可以被转化为可传输的字节，或反向转化），其与机器、编程语言或者在应用程序中的表示无关。ASN.1的编码方式比很多竞争者更先进，能够快速并可靠的传输可扩展信息－－这是无线带宽的一个优势。由于从1982年以后ASN.1已经成为一个国际标准，所以它的编码规则是成熟的并且它有长期的可靠性和互用性的跟踪记录。一个的ASN.1源文件可以非常容易地（由预处理器）映射为C或C++或Java数据结构，可用于通过应用程序代码，和支持的运行时库提供的编码和解码的申述或者一个XML或限值的格式，或非常紧凑的压缩编码格式。

几乎所有操作系统上的工具都支持ASN.1，ASN.1支持如java，c和c++这样流行的编程语言，和包括COBOL这样的较老的编程语言。ASN.1的广泛性的一个例子是，有很多工具已经支持超过150种不同的计算机平台。有大量经过检验的ASN.1工具已经被长期使用。

ASN.1是一种 ISO/ITU-T 标准，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 — 不论是非常复杂的，还是非常简单的。

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。

ISO 协议套中的应用层协议使用了 ASN.1 来描述它们所传输的 PDU，这些协议包括：用于传输电子邮件的 X.400、用于目录服务的 X.500、用于 VoIP 的 H.323 和 SNMP。它的应用还可以扩展到通用移动通信系统（UMTS）中的接入和非接入层。

简洁的二进制编码规则（BER、CER、DER、PER，但不包括 XER）可当作更现代 XML 的替代。然而，ASN.1 支持对数据的语义进行描述，所以它是比 XML 更为高级的语言。 ASN.1 的描述可以容易地映被射成 C 或 C++ 或 Java 的数据结构，并可以被应用程序代码使用，并得到运行时程序库的支持，进而能够对编码和解码 XML 或 TLV 格式的，或一种非常紧凑的压缩编码格式的描述。

同时，ASN.1是一种用于描述结构化客体的结构和内容的语言。 抽象语法定义：

ASN.1是描述在网络上传输信息格式的标准方法。它有两部分：一部分描述信息内数据，数据类型及序列格式；另一部分描述如何将各部分组成消息。它原来是作为X.409的一部分

而开发的，后来才自己独立成为一个标准。ASN.1在OSI的ISO 8824/ITU X.208（说明语法）和ISO 8825/ITU X.209（说明基本编码规则）规范。

例如：

Report ::= SEQUENCE {

author OCTET STRING, title OCTET STRING, body OCTET STRING, biblio Bibliography }

在这个例子中，\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：

Bibliography ::= SEQUENCE {

author OCTET STRING title OCTET STRING publisher OCTET STRING year OCTET STRING }

ASN.1 提供了一些基本的预定义数据类型： UNIVERSAL 0 保留给编码规则使用 UNIVERSAL 1 布尔类型 UNIVERSAL 2 整型

UNIVERSAL 3 二进制字符串类型 UNIVERSAL 4 八进制字符串类型 UNIVERSAL 5 空类型 UNIVERSAL 6 对象标识符类型

UNIVERSAL 7 对象描述符类型 UNIVERSAL 8 外部类型和类型实例 UNIVERSAL 9 实数类型 UNIVERSAL 10 枚举类型 UNIVERSAL 11 嵌入的 pdv 类型 UNIVERSAL 12 UTF8 字符串类型 UNIVERSAL 13 相关对象标识符 类型

UNIVERSAL 14-15 保留给本建议的以后版本和国际标准使用 UNIVERSAL 16 序列和类型序列 UNIVERSAL 17 集合和类型的集合 UNIVERSAL 18-22, 25-30 字符串 类型 UNIVERSAL 23-24 时间 类型

UNIVERSAL 31-... 保留给本建议以外的类型和国际标准使用 ASN.1 还能够定义如下的数据结构类型： 结构 ( SEQUENCE ), 列表 ( SEQUENCE OF ), 类型选择 ( CHOICE ), 等等

不同体系的系统，不同编程语言之间，都存在通讯障碍。如Figure 1-1 a）所示极端情况下，为了保证网络中n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

(1)实际语法（Concrete Syntax）

指诸如C、Objective Caml等这样实际编程语言； (2)抽象语法（Abstract Syntax）

指ASN.1，是协议采用ASN.1规范描述的描述文本。描绘了与任何表示数据的编码技术无关的通用数据结构。抽象语法使得人们能够定义数据类型，并指明这些类型的值。抽象语法只描述数据的结构形式，与具体的编码格式无关，同时也不涉及这些数据结构在计算机内如何存放。 (3)传输语法（Transfer Syntax）

指表示层交换数据的表示方法，是实际通讯系统间的码流。当数据在两个表示层实体之间传输时，这些数据的实际比特模式表示方法就是传送语法。 (4)编码

指用来表示数据值的完整的八位组序列。 (5)编码规则

从一个语法到另一个语法的映射规约。具体地说，编码规则从算法上定义了任何一组由抽象语法定义的数据值在传送语法中的表示。

下图以两个端系统通过网络交换数据为例来说明上述的一些概念。

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