1．实验目的
- 了解运输层TCP协议基本概念、报文结构
- 分析TCP报文头部
- 分析TCP连接建立过程、TCP连接释放
- 掌握利用
tcpdump和wireshark进行tcp协议分析技术。
2．实验环境
- 硬件要求：阿里云云主机ECS 一台。
- 软件要求：Linux/ Windows 操作系统
3．实验内容
TCP是面向连接的、在不可靠的互联网络上提供可靠的端到端通信。它是TCP/IP协议集的核心协议。
TCP为了保证报文传输的可靠，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。
利用wget下载新疆大学主页www.xju.edu.cn，与此同时使用tcpdump抓包。使用wireshark分析TCP数据报文头部，分析建立连接三次握手和分析释放连接的四次挥手。
4．实验结果与分析
4.1 填写表格
- 首先抓取wget下载 时的数据，操作如下：
- 利用wareshark打开分析cap文件，筛选TCP协议，结果如下：
- 根据捕获的数据包，分析TCP的报文结构，将TCP协议中个字段名，字段长度，字段值，字段含义填入下表：
| 字段名 | 字段长度 | 字段值 | 字段含义 |
|---|---|---|---|
| Source Port | 2bit | 23242 | Source Port: 23242 |
| Destination Port | 2bit | 22 | Destination Port: 22 |
| TCP Segment Len | 1bit | 0 | [TCP Segment Len: 0] |
| relative Sequence Number | 4bit | 1 | Sequence Number: 1 (relative sequence number) |
| Sequence Number | 4bit | 3259399585 | Sequence Number (raw): 3259399585 |
| relative Acknowledgment Number | 4bit | 1 | Acknowledgment Number: 1 (relative ack number) |
| Acknowledgment number (raw) | 4bit | 1484179832 | Acknowledgment number (raw): 1484179832 |
| Header Length | 4bit | 20 | 0101 … = Header Length: 20 bytes (5) |
| Reserved | 1bit | 0 | 000. … … = Reserved: Not set |
| Nonce | 1bit | 0 | …0 … … = Nonce: Not set |
| Congestion Window Reduced (CWR) | 1bit | 0 | … 0… … = Congestion Window Reduced (CWR): Not set |
| ECN-Echo | 1bit | 0 | … .0.. … = ECN-Echo: Not set |
| Urgent | 1bit | 0 | … ..0. … = Urgent: Not set |
| Acknowledgment | 1bit | 1 | … …1 … = Acknowledgment: Set |
| Push | 1bit | 0 | … … 0… = Push: Not set |
| Reset | 1bit | 0 | … … .0.. = Reset: Not set |
| Syn | 1bit | 0 | … … ..0. = Syn: Not set |
| Fin | 1bit | 0 | … … …0 = Fin: Not set |
| Window | 2bit | 229 | Window: 229 |
| Calculated window size | 2bit | 29312 | [Calculated window size: 29312] |
| Window size scaling factor | 2bit | 128 | [Window size scaling factor: 128] |
| Checksum | 2bit | 0xda61 | Checksum: 0xda61 [unverified] |
| Urgent Pointer | 2bit | 0 | Urgent Pointer: 0 |
- 通过分析实验结果，TCP报文结构由哪几部分组成，其功能是什么？
TCP报文一般可以分为:
- 端口号：用来标识同一台计算机的不同的应用进程。
1.1 源端口：源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。
1.2 目的端口：端口指明接收方计算机上的应用程序接口。
TCP报头中的源端口号和目的端口号同IP数据报中的源IP与目的IP唯一确定一条TCP连接。
- 序号和确认号：是TCP可靠传输的关键部分。序号是本报文段发送的数据组的第一个字节的序号，确保了TCP传输的有序性。确认号，即ACK，指明下一个期待收到的字节序号，表明该序号之前的所有数据已经正确无误的收到。
- 数据偏移／首部长度：4bits。由于首部可能含有可选项内容，因此TCP报头的长度是不确定的，其实际上指示了数据区在报文段中的起始偏移值。
- 保留：为将来定义新的用途保留，现在一般置0。
- 控制位：URG ACK PSH RST SYN FIN，共6个，每一个标志位表示一个控制功能。
5.1 URG：紧急指针标志，为1时表示紧急指针有效，为0则忽略紧急指针。
5.2 ACK：确认序号标志，为1时表示确认号有效，为0表示报文中不含确认信息，忽略确认号字段。
5.3 PSH：push标志，为1表示是带有push标志的数据，指示接收方在接收到该报文段以后，应尽快将这个报文段交给应用程序，而不是在缓冲区排队。
5.4 RST：重置连接标志，用于重置由于主机崩溃或其他原因而出现错误的连接。或者用于拒绝非法的报文段和拒绝连接请求。
5.5 SYN：同步序号，用于建立连接过程，在连接请求中，SYN=1和ACK=0表示该数据段没有使用捎带的确认域，而连接应答捎带一个确认，即SYN=1和ACK=1。
5.6 FIN：finish标志，用于释放连接，为1时表示发送方已经没有数据发送了，即关闭本方数据流。
- 窗口：滑动窗口大小，用来告知发送端接受端的缓存大小，以此控制发送端发送数据的速率，从而达到流量控制。
- 校验和：奇偶校验，此校验和是对整个的 TCP 报文段，包括 TCP 头部和 TCP 数据，以 16 位字进行计算所得。由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。
- 紧急指针：只有当 URG 标志置 1 时紧急指针才有效。TCP 的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。
- 数据部分：传输的信息。
4.2 分析建立连接三次握手
- 分析三次握手的标志位和序号
第一次握手：客户端向服务器发送了标志位为SYN，并设置Seq=0（x），请求与服务器建立连接
第二次握手：服务器向客户端回应了SYN，标志位为SYN和ACK，并设置Seq=0（y），ACK=1（x+1）
第三次握手：客户端收到服务器的SYN报文，回应一个ACK=1（y+1），标志位为ACK
4.3 分析释放连接的四次挥手
- 分析四次挥手的报文标志和序号
第一次挥手：客户端向服务器发送FIN，Seq=166，Ack=7725
第二次挥手：服务器回发了ACK，Seq=7725，Ack=167
第三次挥手：服务器发送FIN，Seq=7725，Ack=167
第四次挥手：客户端向服务器回复了ACK，Seq=167，Ack=7726
- wireshark只抓取了四段报文的原因
据图，我们可以发现此时四次挥手只有三次挥手，是因为TCP是全双工通信，Cliet在自己已经不会在有新的数据要发送给Server后，可以发送FIN信号告知Server，这边已经终止Client到对端Server那边的数据传输。但是，这个时候对端Server可以继续往Client这边发送数据包。于是，两端数据传输的终止在时序上是独立并且可能会相隔比较长的时间，这个时候就必须最少需要2+2=4次挥手来完全终止这个连接。但是，如果Server在收到Client的FIN包后，在也没数据需要发送给Client了，那么对Client的ACK包和Server自己的FIN包就可以合并成为一个包发送过去，这样四次挥手就可以变成三次了
5、实验小结
5.1 问题与解决办法
问题使用Xftp连接服务器时，出现连接错误的情况解决方法使用校园网连接后恢复正常，排查后发现为服务器防火墙原因
5.2 心得体会
- 本次实验报告熟系了对IP协议分析过程中代码及软件的操作，以及对TCP报文的分析与提取，实现对课上知识的印证。通过这次实验，我掌握了wget命令使用中的具体流程，了解了常用IP协议分析软件的基本用法，提高了自身编程能力。
- 通过这些常用的IP协议分析命令操作，对IP协议使用时的跟踪分析，TCP报文的结构分析，让我印证了上课所学的知识。
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