用协议分析工具学习TCPIP二.docx
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用协议分析工具学习TCPIP二.docx
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用协议分析工具学习TCPIP二
编者按:
上篇我们搭建一个最简单的网络环境《用协议分析工具学习TCP/IP
(一)》下面通过分析用iris捕获的包来分析一下TCP/IP的工作过程,为了更清晰的解释数据传送的过程,我们按传输的不同阶段抓了四组数据,分别是查找服务器、建立连接.
目录
第一组查找服务器
1)显示的是1、2行的数据
2)解释数据包
3)头信息分析
第二组建立连接
1)显示的是3-5行的数据
2)解释数据包
3)头信息分析
第一组查找服务器
1)下图显示的是1、2行的数据
图9
2)解释数据包
这两行数据就是查找服务器及服务器应答的过程。
在第1行中,源端主机的MAC地址是00:
50:
FC:
22:
C7:
BE。
目的端主机的MAC地址是FF:
FF:
FF:
FF:
FF:
FF,这个地址是十六进制表示的,F换算为二进制就是1111,全1的地址就是广播地址。
所谓广播就是向本网上的每台网络设备发送信息,电缆上的每个以太网接口都要接收这个数据帧并对它进行处理,这一行反映的是步骤5)的内容,ARP发送一份称作ARP请求的以太网数据帧给以太网上的每个主机。
网内的每个网卡都接到这样的信息“谁是192.168.113.1的IP地址的拥有者,请将你的硬件地址告诉我”。
第2行反映的是步骤6)的内容。
在同一个以太网中的每台机器都会"接收"到这个报文,但正常状态下除了1号机外其他主机应该会忽略这个报文,而1号的主机的ARP层收到这份广播报文后,识别出这是发送端在寻问它的IP地址,于是发送一个ARP应答。
告知自己的IP地址和MAC地址。
第2行可以清楚的看出1号回答的信息__自己的MAC地址00:
50:
FC:
22:
C7:
BE。
这两行反映的是数据链路层之间一问一答的通信过程。
这个过程就像我要在一个坐满人的教室找一个叫“张三”的人,在门口喊了一声“张三”,这一声大家都听见了,这就叫广播。
张三听到后做了回应,别人听到了没做回应,这样就与张三取得了联系。
3)头信息分析
如下图左栏所示,第1数据包包含了两个头信息:
以太网(Ethernet)和ARP。
图10
下表2是以太网的头信息,括号内的数均为该字段所占字节数,以太网报头中的前两个字段是以太网的源地址和目的地址。
目的地址为全1的特殊地址是广播地址。
电缆上的所有以太网接口都要接收广播的数据帧。
两个字节长的以太网帧类型表示后面数据的类型。
对于ARP请求或应答来说,该字段的值为0806。
第2行中可以看到,尽管ARP请求是广播的,但是ARP应答的目的地址却是1号机的(0050FC22C7BE)。
ARP应答是直接送到请求端主机的。
表2
下表3是ARP协议的头信息。
硬件类型字段表示硬件地址的类型。
它的值为1即表示以太网地址。
协议类型字段表示要映射的协议地址类型。
它的值为0800即表示IP地址。
它的值与包含IP数据报的以太网数据帧中的类型字段的值相同。
接下来的两个1字节的字段,硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度,以字节为单位。
对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说,它们的值分别为6和4。
Op即操作(Opoperation),1是ARP请求、2是ARP应答、3是RARP请求和4为RARP应答,第二行中该字段值为2表示应答。
接下来的四个字段是发送端的硬件地址、发送端的IP地址、目的端的硬件地址和目的端IP地址。
注意,这里有一些重复信息:
在以太网的数据帧报头中和ARP请求数据帧中都有发送端的硬件地址。
对于一个ARP请求来说,除目的端硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。
表3的第2行为应答,当系统收到一份目的端为本机的ARP请求报文后,它就把硬件地址填进去,然后用两个目的端地址分别替换两个发送端地址,并把操作字段置为2,最后把它发送回去。
表3
第二组建立连接
1)下图显示的是3-5行的数据
图11
2)解释数据包
这三行数据是两机建立连接的过程。
这三行的核心意思就是TCP协议的三次握手。
TCP的数据包是靠IP协议来传输的。
但IP协议是只管把数据送到出去,但不能保证IP数据报能成功地到达目的地,保证数据的可靠传输是靠TCP协议来完成的。
当接收端收到来自发送端的信息时,接受端详发送短发送一条应答信息,意思是:
“我已收到你的信息了。
”第三组数据将能看到这个过程。
TCP是一个面向连接的协议。
无论哪一方向另一方发送数据之前,都必须先在双方之间建立一条连接。
建立连接的过程就是三次握手的过程。
这个过程就像要我找到了张三向他借几本书,第一步:
我说:
“你好,我是担子”,第二步:
张三说:
“你好,我是张三”,第三步:
我说:
“我找你借几本书。
”这样通过问答就确认对方身份,建立了联系。
下面来分析一下此例的三次握手过程。
1))请求端208号机发送一个初始序号(SEQ)987694419给1号机。
2))服务器1号机收到这个序号后,将此序号加1值为987694419作为应答信号(ACK),同时随机产生一个初始序号(SEQ)1773195208,这两个信号同时发回到请求端208号机,意思为:
“消息已收到,让我们的数据流以1773195208这个数开始。
”
3))请求端208号机收到后将确认序号设置为服务器的初始序号(SEQ)1773195208加1为1773195209作为应答信号。
以上三步完成了三次握手,双方建立了一条通道,接下来就可以进行数据传输了。
下面分析TCP头信息就可以看出,在握手过程中TCP头部的相关字段也发生了变化。
3)头信息分析
如图12所示,第3数据包包含了三头信息:
以太网(Ethernet)和IP和TCP。
头信息少了ARP多了IP、TCP,下面的过程也没有ARP的参与,可以这样理解,在局域网内,ARP负责的是在众多联网的计算机中找到需要找的计算机,找到工作就完成了。
以太网的头信息与第1、2行不同的是帧类型为0800,指明该帧类型为IP。
图12
IP协议头信息
IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。
从图5可以看出所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输的,有个形象的比喻IP协议就像运货的卡车,将一车车的货物运向目的地。
主要的货物就是TCP或UDP分配给它的。
需要特别指出的是IP提供不可靠、无连接的数据报传送,也就是说IP仅提供最好的传输服务但不保证IP数据报能成功地到达目的地。
看到这你会不会担心你的E_MAIL会不会送到朋友那,其实不用担心,上文提过保证数据正确到达目的地是TCP的工作,稍后我们将详细解释。
如表4是IP协议的头信息。
表4IP数据报格式及首部中的各字段
图12中所宣布分4500—7101为IP的头信息。
这些数是十六进制表示的。
一个数占4位,例如:
4的二进制是0100
4位版本:
表示目前的协议版本号,数值是4表示版本为4,因此IP有时也称作IPv4;
4位首部长度:
头部的是长度,它的单位是32位(4个字节),数值为5表示IP头部长度为20字节。
8位服务类型(TOS):
00,这个8位字段由3位的优先权子字段,现在已经被忽略,4位的TOS子字段以及1位的未用字段(现在为0)构成。
4位的TOS子字段包含:
最小延时、最大吞吐量、最高可靠性以及最小费用构成,这四个1位最多只能有一个为1,本例中都为0,表示是一般服务。
16位总长度(字节数):
总长度字段是指整个IP数据报的长度,以字节为单位。
数值为0030,换算为十进制为48字节,48字节=20字节的IP头+28字节的TCP头,这个数据报只是传送的控制信息,还没有传送真正的数据,所以目前看到的总长度就是报头的长度。
16位标识:
标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。
通常每发送一份报文它的值就会加1,第3行为数值为3021,第5行为3022,第7行为3023。
分片时涉及到标志字段和片偏移字段,本文不讨论这两个字段。
8位生存时间(TTL):
TTL(time-to-live)生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。
它指定了数据报的生存时间。
ttl的初始值由源主机设置,一旦经过一个处理它的路由器,它的值就减去1。
可根据TTL值判断服务器是什么系统和经过的路由器。
本例为80,换算成十进制为128,WINDOWS操作系统TTL初始值一般为128,UNIX操作系统初始值为255,本例表示两个机器在同一网段且操作系统为WINDOWS。
8位协议:
表示协议类型,6表示传输层是TCP协议。
16位首部检验和:
当收到一份IP数据报后,同样对首部中每个16位进行二进制反码的求和。
由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和,因此,如果首部在传输过程中没有发生任何差错,那么接收方计算的结果应该为全1。
如果结果不是全1,即检验和错误,那么IP就丢弃收到的数据报。
但是不生成差错报文,由上层去发现丢失的数据报并进行重传。
32位源IP地址和32位目的IP地址:
实际这是IP协议中核心的部分,但介绍这方面的文章非常多,本文搭建的又是一个最简单的网络结构,不涉及路由,本文对此只做简单介绍,相关知识请参阅其它文章。
32位的IP地址由一个网络ID和一个主机ID组成。
本例源IP地址为C0A871D0,转换为十进制为:
192.168.113.208;目的IP地址为C0A87101,转换为十进制为:
192.168.113.1。
网络地址为192.168.113,主机地址分别为1和208,它们的网络地址是相同的所以在一个网段内,这样数据在传送过程中可直接到达。
TCP协议头信息
如表5是ICP协议的头信息。
表5TCP包首部
第三行TCP的头信息是:
042800153ADF055300000000700240009A8D0000020405B401010402
端口号:
常说FTP占21端口、HTTP占80端口、TELNET占23端口等,这里指的端口就是TCP或UDP的端口,端口就像通道两端的门一样,当两机进行通讯时门必须是打开的。
源端口和目的端口各占16位,2的16次方等于65536,这就是每台电脑与其它电脑联系所能开的“门”。
一般作为服务一方每项服务的端口号是固定的。
本例目的端口号为0015,换算成十进制为21,这正是FTP的默认端口,需要指出的是这是FTP的控制端口,数据传送时用另一端口,第三组的分析能看到这一点。
客户端与服务器联系时随机开一个大于1024的端口,本例为0428,换算成十进制为1064。
你的电脑中了木马也会开一个服务端口。
观察端口非常重要,不但能看出本机提供的正常服务,还能看出不正常的连接。
Windows察看端口的命令时netstat。
32位序号:
也称为顺序号(SequenceNumber),简写为SEQ,从上面三次握手的分析可以看出,当一方要与另一方联系时就发送一个初始序号给对方,意思是:
“让我们建立联系吧?
”,服务方收到后要发个独立的序号给发送方,意思是“消息收到,数据流将以这个数开始。
”由此可看出,TCP连接完全是双向的,即双方的数据流可同时传输。
在传输过程中双方数据是独立的,因此每个TCP连接必须有两个顺序号分别对应不同方向的数据流。
32位确认序号:
也称为应答号(AcknowledgmentNumber),简写为ACK。
在握手阶段,确认序号将发送方的序号加1作为回答,在数据传输阶段,确认序号将发送方的序号加发送的数据大小作为回答,表示确实收到这些数据。
在第三组的分析中将看到这一过程。
4位首部长度:
。
这个字段占4位,它的单位时32位(4个字节)。
本例值为7,TCP的头长度为28字节,等于正常的长度20字节加上可选项8个字节。
,TCP的头长度最长可为60字节(二进制1111换算为十进制为15,15*4字节=60字节)。
6个标志位。
URG紧急指针,告诉接收TCP模块紧要指针域指着紧要数据
ACK置1时表示确认号(为合法,为0的时候表示数据段不包含确认信息,确认号被忽略。
PSH置1时请求的数据段在接收方得到后就可直接送到应用程序,而不必等到缓冲区满时才传送。
RST置1时重建连接。
如果接收到RST位时候,通常发生了某些错误。
SYN置1时用来发起一个连接。
FIN置1时表示发端完成发送任务。
用来释放连接,表明发送方已经没有数据发送了。
图13的3个图分别为3-5行TCP协议的头信息,这三行是三次握手的过程,我们看看握手的过程标志位发生了什么?
如图13-1请求端208号机发送一个初始序号(SEQ)987694419给1号机。
标志位SYN置为1。
如图13-2服务器1号机收到这个序号后,将应答信号(ACK)和随机产生一个初始序号(SEQ)1773195208发回到请求端208号机,因为有应答信号和初始序号,所以标志位ACK和SYN都置为1。
如图13-3请求端208号机收到1号机的信号后,发回信息给1号机。
标志位ACK置为1,其它标志为都为0。
注意此时SYN值为0,SYN是标示发起连接的,上两部连接已经完成。
16位窗口大小:
TCP的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。
窗口大小为字节数,起始于确认序号字段指明的值,这个值是接收端正期望接收的字节。
窗口大小是一个16字节字段,因而窗口大小最大为65535字节。
16位检验和:
检验和覆盖了整个的TCP报文段:
TCP首部和TCP数据。
这是一个强制性的字段,一定是由发端计算和存储,并由收端进行验证。
16位紧急指针:
只有当URG标志置1时紧急指针才有效。
紧急指针是一个正的偏移量,和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。
选项:
图13-1和图13-2有8个字节选项,图13-3没有选项。
最常见的可选字段是最长报文大小,又称为MSS(MaximumSegmentSize)。
每个连接方通常都在握手的第一步中指明这个选项。
它指明本端所能接收的最大长度的报文段。
图13-1可以看出208号机可以接受的最大字节数为1460字节,1460也是以太网默认的大小,在第三组的数据分析中可以看到数据传送正是以1460字节传送的。
握手小结
上面我们分开讲了三次握手,看着有点散,现在小结一下。
编者按:
上篇我们搭建一个最简单的网络环境《用协议分析工具学习TCP/IP
(二)》我们分别介绍了查找服务器、建立连接,下面我们来讨论数据传输和终止连接。
目录
第三组数据传输
1)显示的是1、2行的数据
2)解释数据包
3)头信息分析
第四组终止连接
1)显示的是3-5行的数据
2)解释数据包
3)头信息分析
第三组数据传输
1)下图显示的是57-60行的数据
图14
2)解释数据包
这四行数据是数据传输过程中一个发送一个接收的过程。
前文说过,TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。
当接收端收到来自发送端的信息时,接受端要发送一条应答信息,表示收到此信息。
数据传送时被TCP分割成认为最适合发送的数据块。
一般以太网在传送时TCP将数据分为1460字节。
也就是说数据在发送方被分成一块一块的发送,接受端收到这些数据后再将它们组合在一起。
57行显示1号机给208号机发送了大小为1514字节大小的数据,注意我们前文讲过数据发送时是层层加协议头的,1514字节=14字节以太网头+20字节IP头+20字节TCP头+1460字节数据
58行显示的应答信号ACK为:
1781514222,这个数是57行得SEQ序号1781512762加上传送的数据1460,208号机将这个应答信号发给1号机说明已收到发来的数据。
59、60行显示的是继续传送数据的过程。
这个过程就像我向张三借书,借给我几本我要说:
“我已借了你几本了。
”,他说:
“知道了”。
3)头信息
图15-1和图15-2分别是57行和58行的头信息,解释参考第二组。
第四组终止连接
1)下图显示的是93-96行的数据
图16
2)解释数据包
93-96是两机通讯完关闭的过程。
建立一个连接需要三次握手,而终止一个连接要经过4次握手。
这是因为一个TCP连接是全双工(即数据在两个方向上能同时传递),每个方向必须单独地进行关闭。
4次握手实际上就是双方单独关闭的过程。
本例文件下载完后,关闭浏览器终止了与服务器的连接图16的93-96行显示的就是终止连接所经过4次握手过程。
93行数据显示的是关闭浏览器后,如图17-1所示208号机将FIN置1连同序号(SEQ)987695574发给1号机请求终止连接。
94行数据和图17-2显示1号机收到FIN关闭请求后,发回一个确认,并将应答信号设置为收到序号加1,这样就终止了这个方向的传输。
95行数据和图17-3显示1号机将FIN置1连同序号(SEQ)1773196056发给208号机请求终止连接。
96行数据和图17-4显示208号机收到FIN关闭请求后,发回一个确认,并将应答信号设置为收到序号加1,至此TCP连接彻底关闭。
3)头信息
六、扫描实例
下面我们再举个ping的实例,测试某台计算机是否通,最常用的命令就是ping命令。
Ping一台计算机,出现如图18所示界面就是通,出现如图19所示界面就是不通,不通有两种情况,一是该计算机不存在或没接网线,二是该计算机安装了防火墙并设置为不允许ping。
如何区别这两种情况呢?
下面还是利用iris跟踪上述情况。
图18
图19
如图20是ping通的情况。
如图21是ping不通该计算机不存在的情况。
从图可以看出ARP请求没有回应。
如图22是ping不通,该计算机存在但安装了防火墙的情况。
从图可以看出ARP请求有回应。
但ICMP请求没回应。
从分析可以看出虽然后两种情况的表面现象是一样的,但实质确是截然相反的。
通过头信息可以清楚的看出PING是
ICMP协议来完成的,通讯过程是在第三层完成的,没有用到第四层的TCP协议。
图20
图21
图22
七、后记
本文不是个教程,许多问题都没有涉及到,比如TCP重发、IP分解、路由等,只是提出个学习思路,希望能起到抛砖引玉的作用。
TCP/IP协议族是非常复杂的,但只要理解了还是不难学的。
最后向感兴趣的朋友提个问题:
分别telnet三台机器,一台正常23端口开放,一台网是通的但23端口没开放,另外一台是不存在的。
用我们学过的方法跟踪一下,比较三个的不同。
其实这就是用TCP扫描判断对方机器是否在线的一种方法。
【完】
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