Wireshark图解TCP三次握手与四次挥手

最新推荐文章于 2025-05-07 10:01:22 发布

临江仙我亦是行人

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分类专栏： Linux 文章标签： wireshark tcp/ip udp

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_56752399/article/details/115738728

版权

1. TCP 包头结构

源端口、目标端口:计算机上的进程要和其他进程通信是要通过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，所以通过指定源端口和目标端口，就可以知道是哪两个进程需要通信。源端口、目标端口是用16位表示的，可推算计算机的端口个数为2^16个,即65536
序列号:表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。在TCP连接中所传送的字节流的每一个字节都会按顺序编号。由于序列号由 32 位表示，所以每2^32个字节，就会出现序列号回绕，再次从 0 开始，作用是解决数据包在网络传输中的乱序问题
确认号:表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。也就是告诉发送方:我希望你（指发送方）下次发送的数据的第一个字节数据的编号为此确认号，发送方收到确认应答以后，说明在这个序号以前的数据包都已经被成功接收了，作用是确认数据包在传输过程中是否有丢失
数据偏移:表示TCP报文段的首部长度，共4位，由于TCP首部包含一个长度可变的选项部分，需要指定这个TCP报文段到底有多长。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。该字段的单位是32位(即4个字节为计算单位)，4位二进制最大表示15，所以数据偏移也就是TCP首部最大60字节
控制位
- URG：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。后面的紧急指针字段(urgent pointer)只有当 URG=1 时才有效
- ACK：表示是否前面确认号字段是否有效。只有当 ACK=1 时，前面的确认号字段才有效。TCP 规定，连接建立后，ACK必须为1,带 ACK 标志的 TCP 报文段称为确认报文段
- PSH：提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。如果为1，则表示对方应当立即把数据提交给上层应用，而不是缓存起来，如果应用程序不将接收到的数据读走，就会一直停留在TCP接收缓冲区中
- RST：如果收到一个 RST=1 的报文，说明与主机的连接出现了严重错误(如主机崩溃)，必须释放连接，然后再重新建立连接。或者说明上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应，带 RST 标志的 TCP 报文段称为复位报文段
- SYN：在建立连接时使用，用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个请求建立连接的报文段;当 SYN=1，ACK=1 时，表示对方同意建立连接。SYN=1，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为 1，标志的 TCP 报文段称为同步报文段
- FIN：表示通知对方本端要关闭连接了，标记数据是否发送完毕。如果 FIN=1 ，即告诉对方:“我的数据已经发送完毕，你可以释放连接了”，带 FIN 标志的 TCP 报文段称为结束报文段
窗口大小:表示现在允许对方发送的数据量，也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量，达到此值，需要ACK确认后才能再继续传送后面数据，由Window size value * Window size scaling factor(此值在三次握手阶段TCP选项Window scale协商得到)得出此值
校验和:提供额外的可靠性
紧急指针:标记紧急数据在数据字段中的位置
选项部分:其最大长度可根据TCP首部长度进行推算。TCP首部长度用4位表示，选项部分最长为:(2^4-1)*4-20=40字节

TCP包头常见选项:

最大报文段长度MSS(Maximum Segment Size)，通常1460字节

指明自己期望对方发送TCP报文段时那个数据字段的长度。比如:1460字节。数据字段的长度加上TCP首部的长度才等于整个TCP报文段的长度。MSS不宜设的太大也不宜设的太小。若选择太小，极端情况下，TCP报文段只含有1字节数据，在IP层传输的数据报的开销至少有40字节(包括 TCP报文段的首部和IP数据报的首部)。这样，网络的利用率就不会超过1/41。若TCP报文段非常长，那么在IP层传输时就有可能要分解成多个短数据报片。在终点要把收到的各个短数据报片装配成原来的TCP报文段。当传输出错时还要进行重传，这些也都会使开销增大。因此MSS应尽可能大，只要在IP层传输时不需要再分片就行。在连接建立过程中，双方都把自己能够支持的MSS写入这一字段。 MSS只出现在SYN报文中。即:MSS出现在SYN=1的报文段中 MTU和MSS值的关系:MTU=MSS+IP Header+TCP Header
通信双方最终的MSS值=较小MTU-IP Header-TCP Header
窗口扩大 Window Scale

为了扩大窗口，由于TCP首部的窗口大小字段长度是16位，所以其表示的最大数是65535。但是随着时延和带宽比较大的通信产生(如卫星通信)，需要更大的窗口来满足性能和吞吐率，所以产生了这个窗口扩大选项
时间戳 Timestamps

可以用来计算RTT(往返时间)，发送方发送TCP报文时，把当前的时间值放入时间戳字段，接收方收到后发送确认报文时，把这个时间戳字段的值复制到确认报文中，当发送方收到确认报文后即可计算出RTT。也可以用来防止回绕序号PAWS，也可以说可以用来区分相同序列号的不同报文。因为序列号用32为表示，每2^32个序列号就会产生回绕，那么使用时间戳字段就很容易区分相同序列号的不同报文

2. 三次握手

2.1 三次握手图解

2.2 使用 tcpdump 和 wireshark 解读三次握手过程

实际生产中我们可以直接使用 wireshark 进行抓包查看 TCP 的通信过程，本文中使用 tcpdump 和 wireshark 结合，主要是想顺带演示一下 tcpdump，毕竟在生产中我们使用的大多是 Linux 服务器，查看简单的网络问题，使用命令行模式的 tcpdump 可能会更多一些。

实验环境

centos8 服务端 http 服务的信息如下

[root@centos8 ~]#hostname -I | awk '{print $2}'
10.0.0.11
[root@centos8 ~]# yum -y install httpd
[root@centos8 ~]# yum -y install tcpdump      # 需要配置 epel 源

# epel 源配置如下
[root@centos8 ~]#cat /etc/yum.repos.d/epel.repo
[epel]
name=epel
baseurl=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/epel/$releasever/Everything/x86_64
gpgcheck=0
enabled=1
[root@centos8 ~]#

centos7 的客户端机器信息

[root@centos7 ~]# hostname -I|awk '{print $2}'
10.0.0.12
[root@centos7 ~]#

在 centos8 机器上使用 tcpdump 抓包

[root@centos8 ~]#tcpdump -i eth1 -nn -c5 tcp port 80 -w tcp.pcap
dropped privs to tcpdump
tcpdump: listening on eth1, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
5 packets captured
11 packets received by filter
0 packets dropped by kernel
[root@centos8 ~]#

在 cetons7 机器上访问 centos8 的 http 服务