0.1、计算机网络-抓包验证 TCP的三次握手和四次握手

迷南。 2022-01-26 01:41 341阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *   *  前言
             *  关于抓包工具 wireshake 的安装和使用
             *  TCP 协议
             *   *  TCP 协议的简单介绍
                 *  TCP 协议的三次握手
                 *   *  三次握手的通俗描述
                     *  TCP 的控制位
                     *  TCP 的状态位和 seq、ack
                     *  传输控制块TCB
                     *  TCP 三次握手的术语描述
                 *  TCP 协议的四次握手
             *  用抓包工具查看TCP的三次握手
             *   *  借助 http 协议访问一个图片
                 *   *  准备过滤语句选择网络
                     *  访问url并查看结果
                     *  优化命令-过滤三次握手的包
                 *  使用 telnet 命令抓包TCP的三次握手和四次握手
                 *   *  命令和操作
                     *  抓包和解释
             *  三次握手和四次握手只是最低限度
             *  参考文档

#### 前言 ####

> 体能状态先于精神状态，习惯先于决心，聚焦先于喜好

#### 关于抓包工具 wireshake 的安装和使用 ####

> 如果你尚不掌握这个软件但是打算实操一下，请参考笔者之前写的一篇文章 [Wireshark 的基本使用][Wireshark]

#### TCP 协议 ####

##### TCP 协议的简单介绍 #####

> 在TCP/IP的体系结构中，TCP和UDP一起位于`运输层`  
> （a）是标准 OSI 模型,由于过于复杂仅停留在理论层面  
> （b）是现实世界真实的情况，是商业推广的结果

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jlc3RjeHg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

##### TCP 协议的三次握手 #####

> 客户端通过TCP协议访问服务端时，需要先建立起连接。  
> TCP 协议规定，客户端需要先和服务端进行三次信息传输，即三次握手，其中客户端发送两次信息，服务端发送一次信息

###### 三次握手的通俗描述 ######

> 第一次连接：客户端——>服务端：请求连接  
> 第二次连接：服务端——>客户端：收到请求，请开始发送  
> 第三次连接：客户端——>服务端：我知道你你准备好了  
> 三次握手结束  
> 第四次连接：客户端——>服务端：正式的需要传输的数据

###### TCP 的控制位 ######

> 当然，计算机可不会这么唠家常，它们有自己的语言  
> 在 TCP 报文段的首部，其中有6位被叫做`控制位`，每一位可以取值0或者1，分别代表了不同的情况，他们都有自己的名字

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jlc3RjeHg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

> `URG`：即Urgent,紧急。当URG=1，表示这是紧急数据会被`插队`放在报文段的前边，配合首部中的`紧急指针`使用，比如在向远程服务推送数据中间发现有误，需要给一个取消命令，就可以使用该功能。  
> `ACK`：即Acknowlegment，确认。当ACK=0,确认无效，ACK=1表示确认有效，TCP规定，`在连接建立后，所有的报文段都必须将ACK置为1`。  
> `PSH`：即Push，推送。PSH=1，接收方在收到报文段后会立即将数据推送给应用层，而不是等到整个缓存填满。即发送方发送紧急报文时可以使用。  
> `RST`：即Reset，复位。当RST=1,表示TCP中出现严重错误，需要先释放连接再重连，RST=1也用来拒绝非法连接和报文段  
> `SYN`：即Synchronization，同步。`在建立连接时用来同步信号`，当SYN=1且ACK=0,表示这是请求连接的报文，当SYN=1且ACK=1表示服务端同意请求  
> `FIN`：即 Finis,结束。当值为1，表示此报文段已发送完毕，请求释放运输连接。

###### TCP 的状态位和 seq、ack ######

> 控制位 SYN和FIN都会消耗一个序号 seq,  
> 控制位 ACK 如果没有传输数据不消耗序号 seq,  
> ack 表示我预期你下一个报文的 seq 值  
> 发送方和接收方自己维护自己的 seq值

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jlc3RjeHg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

> ·Sequence Number: 32 bits  
> The sequence number of the first data octet in this segment (except  
> when SYN is present). If SYN is present the sequence number is the  
> initial sequence number (ISN) and the first data octet is ISN+1  
> 翻译:这个报文段是第一个八位字节类型数据的序号(除了SYN场景).如果SYN控制位被设置,说明 sequence number 是初始化的序号(ISN)并且在正式第一次发送数据时 seq=ISN+1.(一般初始值是0,但是TCP RFC 并没有对此进行限定)

> ·Acknowledgment Number: 32 bits  
> If the ACK control bit is set this field contains the value of the  
> next sequence number the sender of the segment is expecting to  
> receive. Once a connection is established this is always sent.  
> 翻译:如果 ACK 控制位被设置,Acknowledgment Number 的值就表示下一次发送者的 sequence number 的值.  
> 一单一个连接被建立起来,这个参数会一直被发送.(即我向你发送报文,预期你下一个报文的seq=我的本次豹纹段的ack值)

###### 传输控制块TCB ######

> TCP 中 Transmission Control Block的简称,用于保存维护一个TCP的相关的变量,服务端和客户端各自维护自己的TCB  
> tcb结构的定义包括这个连接使用 的源端口、目的端口、目的ip、`序号`(seq)、`应答序号`(ack)、对方窗口大小、己方窗口大小、tcp状态、top输入/输出队列、应用层输出队列、tcp的重传有关变量。

###### TCP 三次握手的术语描述 ######

> 前提：服务端启动，创建好 传输控制块TCB,准备好监听访问  
> 第一步：客户端——>服务端：客户端创建好传输控制块TCB,报文段内容，控制位 SYN=1；初始化TCB中的`序号`seq=x，一般首次访问seq=0；SYN 不可携带数据但要消耗一个序号  
> 第二步：服务端——>客户端：发送报文段，控制位 SYN=1,ACK=1；初始化TCB中的`序号`，seq=y,一般首次访问seq=0（注意这里服务端初始序号和客户端的初始序号没有关系），TCB中的`确认序号`ack=x+1(注意这里确认序号是客户端的序号值加1);SYN 不可携带数据但要消耗一个序号  
> 第三步：客户端——>服务端：发送报文段，控制位 ACK=1；TCB中自己的序号 seq=x+1， `确认序号`ack=y+1(注意这里即服务端的序号值加1)；ACK 可携带数据，如不携带序号可以重复使用  
> `三次握手结束`  
> 第四步：客户端——>服务端：开始通信，TCP 规定，没有携带数据的通信不消耗序号，所以这一步客户端 控制位：ACK=1；TCB 中依旧 seq=x+1

> 简单总结就是，seq 默认为0 ，本方每次发送报文段自己的seq 累加，ack 序数则是发送方的seq +1  
> 三次握手中只有第一次握手和第二次握手有控制位SYN，消耗一个序号  
> 第三次握手只有ACK，不懈怠数据，下次seq序号可以重复使用

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jlc3RjeHg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

##### TCP 协议的四次握手 #####

> TCP 协议中客户端和服务端建立连接后可以进行双向通信，在连接结束时需要进行四次交互，任何一方都可以先发起中断协议请求，发起 FIN 状态位的一方不再发送数据报文，双方都发送FIN后且得到对方确认后连接结束

> 再次强调，发起中断连接请求的可以是服务端也可以是客户端  
> 这里举例的是客户端发起中断请求  
> 第一步：客户端——>服务端：控制位FIN=1；seq=u;FIN要消耗一个序号，此外，这一步可能有ACK控制位  
> 第二步：服务端——>客户端：控制位ACK=1;seq=v,ack=u+1;  
> 如何服务器端存在未完成传输的数据，可以继续传输，但是客户端在发送FIN后就不再发送新的数据了，当然，通信数据除外  
> 第三步：服务端——>客户端：控制位FIN=1,ACK=1;seq=w,ack=u+1;w可能和v一样，因为这一步表示服务端发送数据完毕了，在第二步和第三步之间是可以继续发送没有发送完的数据的，是要消耗序号的，因为在此期间客户端一直不会发送新数据，所以ack=u+1保持不变，即期待客户端下一次报文 seq=u+1  
> 第四步：客户端——>服务端：控制位ACK=1;seq=u+1,ack=w+1  
> 通信并不会立即结束，还需要经过时间等待计时器，为了防止网络延迟导致的未抵达的数据，时间是2MSL，1MSL=2分钟(建议时间)

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jlc3RjeHg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

#### 用抓包工具查看TCP的三次握手 ####

##### 借助 http 协议访问一个图片 #####

> http协议属于应用层协议，下游是TCP协议，所以我们选择一个可以被访问到的 http 服务即可  
> 这里我选择了一个图片，由于抓包用到 ip，需要获取对应的ip  
> http://img.alicdn.com/tps/TB1sbSUKVXXXXaQXVXXXXXXXXXX-600-340.png  
> 需要注意的是,这个ip是动态的,使用 telnet img.alicdn.com 80 获取对应ip  
> 我的网络环境获取的ip为 123.6.34.253 ,  
> 当然，也建议你配置一下本地 hosts，这样对应域名就被绑定为一个固定ip了

###### 准备过滤语句选择网络 ######

> (ip.addr== 192.168.0.108 and ip.dst == 123.6.34.253) || (ip.addr== 123.6.34.253 and ip.dst == 192.168.0.108)  
> 由于我是wifi联网，所以点击无线网络连接

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jlc3RjeHg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

###### 访问url并查看结果 ######

> 初步查看可以得出结论，浏览器同时发送了多次请求

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jlc3RjeHg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

###### 优化命令-过滤三次握手的包 ######

> 我们需要将 三次握手 单摘出来  
> 这里利用一个小窍门，seq默认首次访问为0  
> 如下图  
> 第一次：SYN,Seq=0  
> 第二次：SYN,Seq=0,Ack=1  
> 第三次：ACK,Seq=1,Ack=1

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jlc3RjeHg_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

##### 使用 telnet 命令抓包TCP的三次握手和四次握手 #####

> 使用http实验的一个不好的地方就是抓包内容比较混乱，还需要细心摘取，使用 telnet 命令抓包的数据则非常清晰

###### 命令和操作 ######

> telnet img.alicdn.com 80  
> Telnet 之后一直等到着就行，超时后服务端主动关闭连接  
> wireshake 命令 (ip.addr== 172.18.166.205 and ip.dst == 122.14.43.188) || (ip.addr== 122.14.43.188 and ip.dst == 172.18.166.205)

###### 抓包和解释 ######

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jlc3RjeHg_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

*  三次握手：  
    客->服：SYN,seq=0,SYN消耗一个序号  
    服->客：SYN,seq=0,ack=1,消耗一个序号，且ack=1表示预期客户端下一个报文seq=1  
    客->服：ACK,seq=1,ack=1,不传输数据的ACK不消耗序列号下次传输客户端seq=1，ack=1表示预期服务端下一个报文seq=1,
 *  四次握手：  
    服->客：FIN,ACK,seq=1,ack=1;FIN消耗一个序数，服务端上次seq=0,这次加1，即seq=1,ack=1表示预期客户端下一个报文seq=1，因为上次客户端ACK无数据不消耗序数，可以重复使用  
    客->服：ACK,seq=1,ack=2；客户端重复使用seq=1,服务端FIN消耗了服务端序数，所以预期服务端下一个报文段seq=2，本次不消耗客户端序数seq=1下次可以继续用  
    客->服：FIN,ACK.seq=1,ack=2,客户端中断连接，不再发送信息，ack=2表示预期服务端下次seq=2  
    服->客：ACK，seq=2,ack=2  
    结束

#### 三次握手和四次握手只是最低限度 ####

> 由于网络延迟等问题，有时候会触发超时重连机制，这样会导致交互次数多于理论次数

#### 参考文档 ####

> \[1\]、tpc rfc793  
> \[2\]、《计算机网络》谢希仁 第5版

[Wireshark]: https://blog.csdn.net/bestcxx/article/details/81212056
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