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通过连接实例解读TCP/IP协议

最近狂补基础,猛看TCP/IP协议。不过,书上的东西太抽象了,没有什么数据实例,看了不久就忘了。于是,搬来一个sniffer(不是iceblood这个家伙),抓了数据包来看,呵呵,结合书里面得讲解,理解得比较快。我就来灌点基础知识。 开始吧,先介绍IP协议。 IP协议(Internet Protocol)是网络层协议,用在因特网上,TCP,UDP,ICMP,IGMP数据都是按照IP数据格式发送得。IP协议提供的是不可靠无连接得服务。IP数据包由一个头部和一个正文部分构成。正文主要是传输的数据,我们主要来理解头部数据,可以从其理解到IP协议。 IP数据包头部格式(RFC791) 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |Version| IHL |Type of Service| Total Length | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Identification |Flags| Fragment Offset | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Time to Live | Protocol | Header Checksum | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Source Address | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Destination Address | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Options | Padding | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ Example Internet Datagram Header 上面的就是IP数据的头部格式,这里大概地介绍一下。 IP头部由20字节的固定长度和一个可选任意长度部分构成,以大段点机次序传送,从左到右。 TCP协议 TCP协议(TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL)是传输层协议,为应用层提供服务,和UDP不同的是,TCP协议提供的可靠的面向连接的服务。在RFC793中是基本的TCP描述。关于TCP协议的头部格式内容的说明: TCP Header Format 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Source Port | Destination Port | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Sequence Number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Acknowledgment Number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Data | |U|A|P|R|S|F| | | Offset| Reserved |R|C|S|S|Y|I| Window | | | |G|K|H|T|N|N| | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Checksum | Urgent Pointer | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Options | Padding | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | data | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ TCP Header Format 跟IP头部差不多,基本的长度也是20字节。TCP数据包是包含在一个IP数据报文中的。 好了,简单介绍到此为止。来看看我捕获的例子吧。这是一次FTP的连接,呵呵,是cuteftp默认的cuteftp的FTP站点,IP地址是:216.3.226.21。我的IP地址假设为:192.168.1.1。下面的数据就是TCO/IP连接过程中的数据传输。我们可以分析TCP/IP协议数据格式以及TCP/IP连接的三次握手(ThreeWay-Handshake)情况。下面的这些十六进制数据只是TCP/IP协议的数据,不是完整的网络通讯数据。 第一次,我向FTP站点发送连接请求(我把TCP数据的可选部分去掉了) 192.168.1.1->216.3.226.21 IP头部: 45 00 00 30 52 52 40 00 80 06 2c 23 c0 a8 01 01 d8 03 e2 15 TCP头部:0d 28 00 15 50 5f a9 06 00 00 00 00 70 02 40 00 c0 29 00 00 来看看IP头部的数据是些什么。第一字节,“45”,其中“4”是IP协议的版本(Version),说明是IP4。“5”是IHL位,表示IP头部的长度,是一个4bit字段,最大就是1111了,值为12,IP头部的最大长度就是60字节。而这里为“5”,说明是20字节,这是标准的IP头部长度,头部报文中没有发送可选部分数据。 接下来的一个字节“00”是服务类型(Type of Service)。这个8bit字段由3bit的优先权子字段(现在已经被忽略),4 bit的TOS子字段以及1 bit的未用字段(现在为0)构成。4 bit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 bit位最多只能有一个为1,本例中都为0,表示是一般服务。 接着的两个字节“00 30”是IP数据报文总长,包含头部以及数据,这里表示48字节。这48字节由20字节的IP头部以及28字节的TCP头构成(本来截取的TCP头应该是28字节的,其中8字节为可选部分,被我省去了)。因此目前最大的IP数据包长度是65535字节。 再是两个字节的标志位(Identification):“52 52”,转换为十进制就是21074。这个是让目的主机来判断新来的分段属于哪个分组。 下一个字节“40”,转换为二进制就是“0100 0000”,其中第一位是IP协议目前没有用上的,为0。接着的是两个标志DF和MF。DF为1表示不要分段,MF为1表示还有进一步的分段(本例为0)。然后的“0 0000”是分段便移(Fragment Offset)。 “80”这个字节就是TTL(Time To Live)了,表示一个IP数据流的生命周期,用Ping显示的结果,能得到TTL的值,很多文章就说通过TTL位来判别主机类型。因为一般主机都有默认的TTL值,不同系统的默认值不一样。比如WINDOWS为128。不过,一般Ping得到的都不是默认值,这是因为每次IP数据包经过一个路由器的时候TTL就减一,当减到0时,这个数据包就消亡了。这也时Tracert的原理。本例中为“80”,转换为十进制就是128了,我用的WIN2000。 继续下来的是“06”,这个字节表示传输层的协议类型(Protocol)。在RFC790中有定义,6表示传输层是TCP协议。 “2c 23”这个16bit是头校验和(Header Checksum)。 接下来“c0 a8 01 01”,这个就是源地址(Source Address)了,也就是我的IP地址。转换为十进制的IP地址就是:192.168.1.1,同样,继续下来的32位“d8 03 e2 15”是目标地址,216.3.226.21 好了,真累啊,终于看完基本的20字节的IP数据报头了。继续看TCP的头部吧,这个是作为IP数据包的数据部分传输的。 TCP头部:0d 28 00 15 50 5f a9 06 00 00 00 00 70 02 40 00 c0 29 00 00 一来就是一个两字节段“0d 28”,表示本地端口号,转换为十进制就是3368。第二个两字节段“00 15”表示目标端口,因为我是连接FTP站点,所以,这个就是21啦,十六进制当然就是“00 15”。 接下来的四个字节“50 5f a9 06”是顺序号(Sequence Number),简写为SEQ,SEQ=1348446470 下面的四个字节“00 00 00 00”是确认号(Acknowledgment Number),简写为ACKNUM。 继续两个字节,“70 02”,转换为二进制吧,“0111 0000 0000 0010”。这两个字节,总共16bit,有好多东西呢。第一个4bit“0111”,是TCP头长,十进制为7,表示28个字节(刚才说了,我省略了8字节的option数据,所以你只看见了20字节)。接着的6bit现在TCP协议没有用上,都为0。最后的6bit“00 0010”是六个重要的标志。这是两个计算机数据交流的信息标志。接收和发送断根据这些标志来确定信息流的种类。下面是一些介绍: URG:(Urgent Pointer field significant)紧急指针。用到的时候值为1,用来处理避免TCP数据流中断 ACK:(Acknowledgment field significant)置1时表示确认号(Acknowledgment Number)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:(Push Function),PUSH标志的数据,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:(Reset the connection)用于复位因某种原因引起出现的错误连接,也用来拒绝非法数据和请求。如果接收到RST位时候,通常发生了某些错误。 SYN:(Synchronize sequence numbers)用来建立连接,在连接请求中,SYN=1,ACK=0,连接响应时,SYN=1,ACK=1。即,SYN和ACK来区分Connection Request和Connection Accepted。 FIN:(No more data from sender)用来释放连接,表明发送方已经没有数据发送了。 这6个标志位,你们自己对号入座吧。本例中SYN=1,ACK=0,当然就是表示连接请求了。我们可以注意下面两个过程的这两位的变换。 后面的“40 00 c0 29 00 00”不讲了,呵呵,偷懒了。 后面两次通讯的数据,自己分开看吧。我们看看连接的过程,一些重要地方的变化。 第二次,FTP站点返回一个可以连接的信号。 216.3.226.21->192.168.1.1 IP头部: 45 00 00 2c c6 be 40 00 6a 06 cd ba d8 03 e2 15 c0 a8 01 01 TCP头部:00 15 0d 28 4b 4f 45 c1 50 5f a9 07 60 12 20 58 64 07 00 00 第三次,我确认连接。TCP连接建立起来。 192.168.1.1->216.3.226.21 IP头部: 45 00 00 28 52 53 40 00 80 06 2c 2a c0 a8 01 01 d8 03 e2 15 TCP头部:0d 28 00 15 50 5f a9 07 4b 4f 45 c2 50 10 40 b0 5b 1c 00 00 好,我们看看整个Threeway_handshake过程。 第一步,我发出连接请求,TCP数据为:SEQ=50 5f a9 06,ACKNUM=00 00 00 00,SYN=1,ACK=0。 第二步,对方确认可以连接,TCP数据为:SEQ=4b 4f 45 c1,ACKNUM=50 5f a9 07,SYN=1,ACK=1。 第三步,我确认建立连接。SEQ=50 5f a9 07, ACKNUM=4b 4f 45 c2,SYN=0,ACK=1。 可以看出什么变化么?正式建立连接了呢,这些东西是什么值? 我接收从216.3.226.21->192.168.1.1的下一个数据包中: SEQ=4b 4f 45 c2,ACKNUM=50 5f a9 07,SYN=0,ACK=1 这些都是很基础的东西,对于编写sniffer这样的东西是必须非常熟悉的。这里只讲解了TCP/IP协议的一点点东西,主要是头部数据的格式。 限于本人的水平,文中难免有错,请各位指正。





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