对FTP登入产生的帧的分析

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对FTP登入产生的帧的分析 
       一次成功的FTP登陆是从命令行ftp 192.168.30.7开始的,结束于提示User Logged in出现ftp>提示符。通过使用Iris v4.0对本机(IP:192.168.30.40)和FTP服务器(IP:192.168.30.7)之间传输的数据进行捕捉,一共获得了11个帧,并将其保存为一个Cap文件进行分析,其中FTP Data不为0bytes的帧有第4、6、7、9、10帧,下面结合实际情况对帧的结构进行说明。

MAC Header Ipv4 Header TCP Header FTP Data
14         20          20         可变

表1 帧结构

        TCP/IP模型为4层结构,分为应用层,运输层,网络层以及数据链路层。由表1可以清楚的看出这四层结构。首先是属于应用层的FTP数据,由于它是最原始的数据,所以被放置在一个帧的最里面,由于应用程序的分层设计,所以在有的帧中FTP Data为0字节,因为这些帧没有涉及到应用层程序的操作,然后把这个只有FTP Data的帧传送给运输层。在这一层在FTP数据的前面加上了一个TCP Header,长度为20个字节,然后把此帧传送给网络层,由网络层在帧的前面加上IP Header,最后传给数据链路层,在帧的前面加上MAC Header。这样就完成了一个帧的组合,下面分别对一个帧的四个组成部分进行详细的说明。

MAC Header

       MAC Header是在数据链路层加上的,他的长度为14个字节,结构如下:

Destination Address Source Address Type
6                   6              2

表2 MAC Header结构

       我们知道,网络中的每台计算机都有自己的IP地址,每个应用程序都有自己的Port,这样保证了数据能够传送给指定IP上的指定的应用程序。链路层不关心这些帧送到目的地以后是如何被按层拆解的,以及这个帧中的信息是送给那个应用程序的,他只负责把一个帧送到指定地址的计算机或者其他设备上,这样就足够了,所以,在MAC Header中没有多余的信息,只包含了和IP地址相对应的物理地址MAC地址,以及Type。

由于是把这个帧发送出去,因此把接受方的MAC地址放在了最前面,同时也把发送方的MAC地址告诉了接受方,这样才可以让接受方知道响应的时候把帧送到哪里去,这两个MAC地址的长度都是6字节,其中前三位[前三个字节中的第1,2位并不是厂商地址,而是具有特殊意义的。] 是硬件设备的厂商被分配的地址,后面的三位是这个厂商的自己的流水号。在一般情况下,MAC地址是不能像IP地址那样通过软件来随意更改的,这样保证了网络上不会出现同样的MAC地址,保证了数据传输。当我们知道目的节点的IP地址,但是不知道它的物理地址时,就要使用ARP协议,发送一个广播帧给网络中的所有节点,在这个广播帧中MAC的目的地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF,在这个帧中记录了目的节点的IP,和发送方的IP以及MAC地址,这样当目的节点受到这个帧以后就可以把自己的MAC地址返回给发送节点了。

Type字段的意义标示出了该帧链路层的上层协议是什么,以便把后面的数据报进行分用,传送给正确的上层协议处理,比如此例中该字段内容是0800,表示IP,另外0806表示ARP,8035表示RARP。

Ipv4 Header

       Ipv4 Header是在网络层加上的,没有选项和填充的情况下,他的长度是固定的20个字节长度。因为它不直接和应用层打交道,所以它没有记载能唯一区分应用程序的Port,只是记载了IP地址。下面分别对每个字节进行说明。

Version 长度4位

       在本例中,这里的记录信息为4,表示IP协议的版本号是4,所以也记作Ipv4,在这个版本中IP地址的长度为32位,由于早期IP 地址分配出现很多浪费,所以造成未来可用IP数目的紧缺,因此开发出Ipv6,在新的版本中IP地址的长度变为128位。通过读取这4位的信息,可以知道这个帧所记载的IP长度,以及其他信息所遵循的IP协议的版本。这样才能保证发送节点,目的节点,路由器和网关用一样的格式传输和转发本数据报。

Header Length 长度4位

       在本例中,这里的记录信息为5,表示Header的长度为5*32位=20个字节。本字段的4位,和Version中的4位一起组成一个字节45。由于本字段是一个4位的字段,所以它能表示的最大数目是15,那么最大Header长度就是15*32位=60个字节。一般情况下,不包含任何选项和填充字节的IP包,Header长度字段都是5。选项字段是一个长度可以变化的字段,主要记录了诸如安全性,路径选择等信息,我们注意到,由于它的长度不是固定的,所以不能保证[由于IP Header中只设计了一个4位字段保存Header长度,用这个字段*32位计算出Header长度,所以必须保证Header本身的长度是32位的倍数。] Ip Header的长度是32位的倍数,此时就需要通过增加填充字节来保证IP Header的长度是32位的倍数。

Type Of Service 长度8位

       在本例中,这里的记录信息为00,表示一般服务,此字段头部包含一个3位的优先级设置字段,但是Iris软件并没有对这3个字段进行标示。接下来的第4,5,6,7位每一位都是一种标示,按照顺序依次是最小延迟、最大吞吐量、最大可靠性、最小开销,这四位默认都是0,表示Normal,如本例所示就是Normal。字段的第8位为0,作为一个补充位保证了一个字节的完整性。在一些情况下,本字段的4,5,6,7标志位会被设置为1,例如[具体协议的应用可以参考《TCP/IP祥解》一书的图3-2] :对于语音传输来说就要尽量的避免延迟现象的产生,所以第4位要设置为1,我们使用的Ip电话就是这个道理,它并不需要很大的吞吐量,也不需要每个bit都要保证可靠的传输,所以使用Ip电话有时候会信号不好。另外当我们要传送很大的文件的时候就要把最大吞吐量位置1,当进行商业活动时,比如我们在招商银行网站登陆自己的账户,必须保证信息传输的可靠性,所以就把第6位最大可靠性置1。值得注意的是,这四位中只能同时有1位被置于1。

Total Length 长度16位

       这个字段记录了一个IP数据报的总的长度,单位是字节,在没有填充的情况下,他的长度就是一个帧的长度减去MAC Header的长度得到的结果。这个字段长度2个字节,也就是说理论上一个Ip数据报的长度可以达到65535字节。因为各种网络对帧的数据部分的最小长度有一个规格,比如以太网是46字节,所以当帧的数据部分长度不够的时候就需要通过填充字节来补充,所以必须知道IP数据报的长度,这样才能区分出来那些是后来补充的,那些是数据报本身的数据。

Identification 长度16位

       标示字段,一般每个数据报都会有一个唯一的数字标示,并且每发送一个数据报就会加一。当要把一个数据报分片发送的时候,会把这个字段的内容,复制到每个片中,表示这些被分割的片属于同一个数据报。

Flags 长度3位

       第一位是保留位,暂时没有用到。第二位表示是否是分段,第三位表示是否是分段的最后一片。

Fragment offset长度13位

       分段的时候,用来表明每一段和原有数据报开始位置的偏移量。这样才能按照正确的顺序把每个分段组合成一个完成的数据报。

Time to live 长度8位

       为了避免一个数据报无限制的在网络中传输下去,造成网络拥塞,每个数据报都有自己的生存时间,由于此字段为8位,所以最大生存时间是255,这样,当一个数据报经过一个网关、路由器或者是一个主机的时候,生存时间都会被减去1,当生存时间被减到0以后,这个数据报就要被抛弃了。tracert的设计原理就是这样的,他首先发送一个生存时间1的数据包,当这个包被抛弃的时候,就会知道遇到了第一个路由器,然后再发送生存时间为2的数据包,。。。。。。直到到达目的节点,这样就可以按照顺序找出经过的路由器。

Protocol 长度8位

       这个字段记录了接受数据的上层协议的标示,在本例中为6,表示上层协议应该是TCP,另外17标示UDP。当一个数据帧被目的节点接收到以后,就从底层网上走,因此就要知道从底层交给上一层的那个协议处理呢?所以要在这里纪录。

Checksum 长度16位

       报头检验和字段,用来检验IP Header的完整性,不检验后面的数据,如果检验失败就把错误的数据报丢掉,然后让上层负责重传。

Source Ip address 长度32位      

       发送数据报的节点的IP地址。

Destination Ip address 长度32位

       接受数据报的节点的IP地址。

Ip Options

       记录是否有可选项。本例中没有。这个字段的长度是可变的,需要通过填充字节来保持完整性。


TCP Header

       在传输层加上的报头。长度也是固定的20个字节。这里包含了接受和发送数据报的应用程序的Port,这样,通过IP和端口就能唯一确认一条TCP/IP连接。下面详细说明:

Source Port 长度8位

       发送数据报的节点的端口号,8位长度最大的Port是65535,当节点发送数据报的时候会随机产生一个Port号用来与ftp服务器连接,在windows中,这个随机产生的号码在1024和4000之间,大于4000可以说明不是windows系统生成的,1024以下的Port是常用Port不能随便占用。

Destination port 长度8位

       接受数据报的节点的端口号,ftp会开放Port 21用来和接受控制命令,当传送数据的时候,FTP Server会自动打开Port 20通过该端口传送,当然,客户端也会被动打开一个端口用来接受数据。如果在某些条件下,把ftp控制端口定为X,那么要注意数据端口默认就是X-1,因此在设定的时候不要冲突。

Sequence Number 长度32位

       第一次传送的时候会随机生成一个序号,随后用这个序号表示字节位置。

Ack Number长度32位

       响应序号,用来纪录希望下次得到的数据的字节开始位置,这个位置的计算是通过得到的Seq number加上报文的长度,就可以知道期望下次传送的报文的起始位置了,第一次传送的时候由于没有收到过任何报文,所以不能知道期望下次收到什么,所以ack numbe为0。

Header length 长度4位

       本例中记录5,表示20个字节。计算方法和作用同IP报头。

Reserved 长度6位

       保留字段。

Flags 长度6位

       依次是URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN位。

       URG紧急指针有效,如果该位为1,那么后面的Urgent Pointer有效。

       ACK如果该位为1,表示该响应信息包里面有响应确认的信息,即ack number不为0。

PSH 推进标志位,要求发送方的TCP协议立即将所有数据发给底层协议,或者要求接受方将其所有数据立即交给上层协议。

RST 将传输层连接复位到它的初始状态,用于将错误回复到正确状态。

SYN 用来表明此信息包的序号为ISN,而不是一般的序号。ISN是在连接开始的时候随即选取的一个初始序号。连接开始建立的时候,双方的第一个IP数据报中都会把此位置1。

FIN 传输完毕的标志位。由于本例只是记录了登陆成功的帧,没有记录断开连接的帧,所以没有这个位置为1的帧。

Window Size 长度16位

       由于数据报的传送是双向的,所以这个字段记录了发送方可用来接受数据的字节数目,是用来完成流量的控制的。

Checksum 长度16位

       报头检验,同IP报头的检验。

Urgent pointer 长度16位

       如果URG被标示为1,说明包含紧急信息,那么这个字段就纪录一个偏移量,这个偏移量加上这个TCP Header中的Seq Number就可以得到紧急信息数据的最后一个字节。

TCP Options 长度可变

       TCP选项,长度不固定。填充原理和IP Header填充一样。


       通过比较多组登陆ftp操作获得的Cap文件(每组都使用相同的物理设备和相同的用户登陆,产生11个帧)发现每组中对应帧[所谓对应帧指的是第一组中的第一帧和第n组中的第一帧比较] 的MAC Header都是不变的,这是因为物理设备保持不变,同时都是IP数据报。IP Header中除Identification、Check Sum、本机端口外所有数据一样。TCP Header中除Seq Number、Ack Number、Check Sum外所有数据都一样,从上面的分析可以知道,这些不同数据的产生是必然的,并且不会对分析产生影响。


       在帧4、6、7、9、10中,Ftp Data包含内容。所有信息都是没有加密过的明文。

       服务器在第4帧做出的Response code为220表示Service ready for new user,显示IIS FTP的欢迎语句。

       第六帧用户发出访问控制命令USER,并且提供了用户名ftp。

       第七帧服务器做出的Response code为331 User name okay, need password.,提示用户名正确等待密码,并且显示Anonymous access allowed, send identity (e-mail name) as password。

       第九帧用户发出访问控制命令PASS,并且提供了密码“”。

       第十帧服务器做出的Response code为230 User logged in, proceed.,并且显示Anonymous user logged in,到此完成一次登陆。

FTP DATA不为空的都是用0D 0A结尾表示回车。


环境变化:

本机IP:192.168.30.40->192.168.30.41

FTP IP: 192.168.30.7->192.168.30.8

FTP MAC:00 0A EB 09 BC BB->00 60 B0 6C 03 FE

结果变化:

相同字节数目:706->728 增长22个。

相同字节增长的原因:本次试验一共采集了8个Cap包,每个包中有11个帧,本次帧和第一次试验得到的帧比较发现,对应位置的IP和MAC地址产生了变化,本机随机生成的Port也发生了变化,但是这些变化并没有影响相同字节的数量。影响相同字节数量的变化是由于IP Header中的Identification和checksum变化引起的,同过比较得知,这次试验中每个包中对应的帧的IP Header部分的Identification的高8位是相同的,同时checksum的高8位也是相同的。但是第一次试验中这两个字段是不同的,所以本次试验和上次试验比较每个帧的相同字节增加16位,也就是2个字节。由于一个包中有11个字节,所以本次试验比上次试验增加了2*11=22个相同字节。
Wireshark数据抓包分析之FTP协议 FTP是应用层的协议,它基于传输层,为用户服务,它们负责进行文件的传输。FTP是一个8位的客户端/服务器协议,能操作任何类型的文件而不需要进一步处理,就像MIME或Unicode一样。但是,FTP有着极高的延时,这意味着,从开始请求到第一次接收需求数据之间的时间会非常长,并且不时的必需执行一些冗长的登陆进程。FTP服务一般运行在20和21两个端口。端口20用于在客户端和服务器之间传输数据流,而端口21用于传输控制流,并且是命令通向ftp服务器的进口。这里的数据流指的是数据的流动,控制流是控制数据的流动。 阅读详情

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