【TCP】Wireshark 抓包体验三次握手以及四次挥手

1 前言

本节我们结合wireshark抓包，对TCP协议的三次握手以及四次挥手的抓包实践。

2 TCP/IP协议族

TCP/IP是一个协议族，通常分不同层次进行开发，每个层次负责不同的通信功能。包含以下四个层次：

（1）链路层，也称作数据链路层或者网络接口层，通常包括操作系统中的设备驱动程序和对应的网络接口卡。处理与物理层传输介质（如电缆）之间的物理接口细节。

（2）网络层，也称作网际层，处理数据包分组在网络中的活动，例如分组的选路和转发等。网络层协议包括IP协议（网际协议）、ICMP协议（Internet互联网控制报文协议），以及IGMP协议（Internet组管理协议）等。

（3）传输层，提供两台主机上的应用程序端到端的通信。协议主要包括：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。而 UDP 提供尽力而为的通信，通信的可靠性需要应用层来提供。

（4）应用层，负责处理特定的应用程序逻辑。包括Telnet（远程登录）、FTP（文件传输协议）、smTP（简单邮件传送协议）以及SNMP（简单网络管理协议）等。

2.1 Wireshark 工具抓包

wireshark抓到的包与对应的协议层如下图所示：

抓包界面显示的结果和协议栈的层次关系正好相反，最上面的是物理层，最下面是应用层。具体的对应关系如下：

（1）Frame: 物理层的数据帧概况

（2）Ethernet II: 数据链路层以太网帧头部信息

（3）Internet Protocol Version 4: 互联网层IP包头部信息

（4）Transmission Control Protocol: 传输层的数据段头部信息，此处是TCP

（5）Hypertext Transfer Protocol: 应用层的信息，此处是HTTP协议

2.2 TCP 特点

TCP是一种面向连接（连接导向）的、可靠的基于字节流的传输层通信协议。TCP将用户数据打包成报文段，发送后会启动一个定时器，然后另一端收到的数据进行确认、对失序的数据重新排序、丢弃重复数据。

TCP的特点有：

（1）TCP是面向连接的运输层协议

（2）每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的

（3）TCP提供可靠交付的服务

（4）TCP提供全双工通信。数据在两个方向上独立的进行传输。因此，连接的每一端必须保持每个方向上的传输数据序号。

（5）面向字节流。面向字节流的含义：虽然应用程序和TCP交互是一次一个数据块，但应用程序交下来的数据仅仅是一连串的无结构的字节流

2.3 TCP 报文

TCP报文首部，如下图所示：

源端口号：数据发起者的端口号，16bit
目的端口号：数据接收者的端口号，16bit
序号：32bit的序列号，由发送方使用
确认序号：32bit的确认号，是接收数据方期望收到发送方的下一个报文段的序号，因此确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。
首部长度：首部中32bit字的数目，可表示15*32bit=60字节的首部。一般首部长度为20字节。
保留：6bit, 均为0
紧急URG：当URG=1时，表示报文段中有紧急数据，应尽快传送。
确认比特ACK：ACK = 1时代表这是一个确认的TCP包，取值0则不是确认包。
推送比特PSH：当发送端PSH=1时，接收端尽快的交付给应用进程。
复位比特（RST）：当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，再重新建立连接。
同步比特SYN：在建立连接是用来同步序号。SYN=1， ACK=0表示一个连接请求报文段。SYN=1，ACK=1表示同意建立连接。
终止比特FIN：FIN=1时，表明此报文段的发送端的数据已经发送完毕，并要求释放传输连接。
窗口：用来控制对方发送的数据量，通知发放已确定的发送窗口上限。
检验和：该字段检验的范围包括首部和数据这两部分。由发端计算和存储，并由收端进行验证。
紧急指针：紧急指针在URG=1时才有效，它指出本报文段中的紧急数据的字节数。
选项：长度可变，最长可达40字节

wireshark捕获到的TCP包中的每个字段如下图所示：

3 三次握手

TCP建立连接时，会有三次握手过程，如下图所示，wireshark截获到了三次握手的三个数据包。第四个包才是http的，说明http的确是使用TCP建立连接的。

下面来逐步分析三次握手过程：

第一次握手：客户端向服务器发送连接请求包，标志位SYN（同步序号）置为1，序号为X=0

第二次握手：服务器收到客户端发过来报文，由SYN=1知道客户端要求建立联机。向客户端发送一个SYN和ACK都置为1的TCP报文，设置初始序号Y=0，将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的序列号加1，即X+1 = 0+1=1, 如下图：

第三次握手：客户端收到服务器发来的包后检查确认序号(Acknowledgement Number)是否正确，即第一次发送的序号加1（X+1=1）。以及标志位ACK是否为1。若正确，客户端再次发送确认包，ACK标志位为1，SYN标志位为0。确认序号(Acknowledgement Number)=Y+1=0+1=1，发送序号为X+1=1。服务器收到后确认序号值与ACK=1则连接建立成功，可以传送数据了。