TCP报文段的首部格式

TCP报文段的首部格式

1.1.首部字段详解

• TCP首部包括20字节的固定首部部分及长度可变的其他选项，所以TCP首部长度可变。20个字节又分为5部分，每部分4个字节32位，如图中的5行，每行表示32位。

• 在传输层，TCP报文段包括：TCP首部和TCP数据部分；在网络层，TCP报文段成为IP数据部分，加上IP首部组成IP数据报；在数据链路层，还要在IP数据报前面加上数据链路层的首部。

• 源端口和目的端口字段——各占 2 字节（16位）。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。

• 序号字段——占 4 字节。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。比如分组的第一个数据包由文件的1_{4个字节数据组成，那么该数据包所添加的序号就是1，同理第二个数据包由文件的5}9个字节数据组成，那么该数据包所添加的序号就是5；

• 确认号字段——占 4 字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。比如接收端收到由文件1_{4个字节数据+TCP首部组成的数据包后，删除首部提取1}4个字节数据，返回的确认号为5，即告诉发送端下一次应该发送文件的第5个字节及其之后字节组成的数据包过来。

• 数据偏移（即首部长度）——占 4 位，它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远，也就是TCP首部的长度。“数据偏移”的单位是 32 位字（以 4 字节为计算单位），最大1111表示15x4=60个字节，即表示TCP首部最大长度为60个字节，因此“选项”部分最多40个字节。

• 保留字段——占 6 位，保留为今后使用，但目前应置为 0。

这里的六位二进制位，分别表示不同含义：

• 紧急 URG —— 当 URG = 1 时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送(相当于高优先级的数据)。 即URG=1的数据包不用排队直接优先传输。

• 同步 SYN —— 同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文。即A想与B建立连接，发送过去的第一个数据包（第一次握手）中SYN=1；B返回的数据包（第二次握手）中SYN=1表示同意建立连接。

• 确认 ACK —— 只有当 ACK = 1 时确认号字段才有效。当 ACK = 0 时，确认号无效。

  ACK是对已接受数据的确认，当A与B还在请求连接阶段，A向B发送的第一个数据包（第一次握手）中ACK=0，无效，所以数据包中不显示，表示还没从B中接收到数据；序号Seq也为0，表示A还未向B发送数据；SYN=1，表示正在建立连接。

  同理，B向A返回一个数据包（第二次握手）中，确认号ACK=1，表示B收到了A序号为0的数据包；序号Seq=0，也表示B还未向A发送数据；SYN=1表示同意建立连接。

  A再向B发送一个数据包（第三次握手）中，确认号ACK=1，表示A收到了B发出的数据包；序号Seq=1，表示A已向B发送了1个数据包（即第一次握手）；SYN=0，表示已建立连接。

  以下为计算机打开网页与Web服务器建立连接时抓取的第一个数据包（第一次握手）：

可以看到计算机发出的第一个数据包（第一次握手）中，SYN=1，Seq=1，ACK=0无效，所以在蓝色框内只能看到序号Seq，看不到确认号ACK；

以下为抓取的第三个数据包（第三次握手）：

计算机发出第二个数据包（第三次握手）中，由于已经同步，建立连接，所以SYN=0，此后ACK都为1，所以蓝色框中可以看到序号Seq和确认号ACK。

所以，抓包时看到大量的SYN数据包，说明计算机在大量建立会话。另外在建立连接（三次握手）时，SYN与ACK的值与正常通讯时不一样。

有一种攻击就是针对建立连接时SYN同步的机制

比如地址为102的计算机B想要与地址为101的计算机A建立连接，B向A发送请求连接数据包，并设置数据包中的源地址为不存在，A收到之后向该不存在的地址发出同意连接的数据包，发送完之后需要等待回复。于是B继续上述操作，以此类推A不断发出同意连接数据包并不断等待，由此大量耗费系统资源。

下图为使用SYN同步攻击软件攻击XP系统过程中，捕获的数据包：

红色框中的地址是攻击软件瞎编的不存在的地址，蓝色框中显示建立的会话全是请求连接的TCP报文。

Land攻击

原理与SYN攻击类似，都是通过不断建立同步SYN会话，耗尽系统资源。不同之处在于，Land攻击发起的请求同步数据包目标地址和源地址都是攻击对象的地址。

可以看到在Land攻击时捕获的数据包，都是请求同步SYN数据包且源地址和目标地址都为攻击对象地址 192.168.80.66 。

• 推送 PSH (PuSH) —— 接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段，就尽快地交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。
• 复位 RST (ReSeT) —— 当 RST = 1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。
• 终止 FIN (FINis) —— 用来释放一个连接。FIN = 1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

• 窗口字段 —— 占 2 字节，用来让对方设置发送窗口的依据，单位为字节。

如图A要告诉B自己的接收缓存为Y1，B根据A的接收缓存Y1决定发送缓存X2；同理B告诉A自己的接收缓存Y2，A根据B的接收缓存Y2决定自己的发送缓存X1。也就是A/B的接收缓存决定了B/A的发送缓存。

可以看见建立TCP连接时发送的三个数据包（三次握手）的第一个数据包中，Window Size：65535；表示的即是某一连接方的窗口大小。

• 检验和 —— 占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。在计算检验和时，要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部。

• 紧急指针字段 —— 占 16 位，指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）。

• 选项字段 —— 长度可变。TCP 最初只规定了一种选项，即最大报文段长度 MSS (Maximum Segment Size)是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度。数据字段加上 TCP 首部才等于整个的 TCP 报文段。

  MSS 告诉对方 TCP：“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是 MSS 个字节。”

  其他选项有：窗口扩大选项、时间戳选项、选择确认选项（SACK）。

• 填充字段 —— 这是为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍。

1.2.抓包验证

通过抓取计算机访问Web网站过程抓到的数据包，分析验证TCP报文段的结构。

这就是建立TCP连接的“三次握手”过程，可以看到第一个数据包（第一次握手），是计算机给web站点发的，建立会话数据包都是SYN类型的，MSS表示最大数据包，即计算机告诉Web站点我支持的最大数据包容量为1460个字节；

第二个数据包（第二次握手），是Web站点给计算机发的同步数据包，告诉计算机我支持的最大数据包为1460个字节。还告诉计算机Win即Web服务器的发送窗口的缓存最多为60240个字节，当Web服务器发送完60240个数据包之后没有收到确认信息，就停止发送数据包。

第三个数据包（第三次握手），是计算机给Web服务器发送的。Win=65535，表示告诉服务器计算机移动窗口最大缓存为65535个字节，说明计算机最多能接收处理来自Web服务器的65535个字节数据，若Web服务器没有收到确认，就暂停传输数据包，等计算机处理完了再继续发送。

可以看到建立会话的三个数据包，不仅为了测试网络是否通畅，还协商了一些参数。

下面就到正题了，可以看到HTTP协议只用一个数据包就能解决问题。

选中TCP协议可以看到目标端口是80，源端口是1057，序号是1，确认号是1，TCP首部长度是20个字节。

之后便是Web服务器给计算机发送网站数据，其中夹杂着计算机给Web服务器的数据包是否收到的反馈信息。

1.3.TCP首部参数图解：

• 黄色表示TCP报文数据部分，蓝色表示TCP首部。可以看到四段TCP报文中序号Seq都是TCP报文数据部分的第一个字节的编号。因为计算机给Web服务器发送的数据为1_{203字节，所以Web服务器给计算机发送的三个TCP报文中确认号都是204，表示Web服务器收到了1}203个字节数据，让计算机从数据的第204个字节开始发。
• 第五段为计算机给Web服务器发的第二个TCP报文，因为发送的第一个TCP报文已包含1_{203个字节数据，所以第二个TCP报文发送的数据从204字节开始，所以该报文序号为204；由于收到了Web服务器发的三个TCP报文总计1}2053个字节的数据，所以该报文的确认号为2054，表示告诉Web服务器，我收到了你传输的1~2053个字节，接着从2054个字节开始给我发数据。
• 这就是确认号和序号怎么来的。