前言

2023-6-15 10:24:44

以下内容源自《【实验】【计算机网络】》
仅供学习交流使用

推荐

Wireshark的安装及基本使用【计算机网络】

3网络互联-3.5【实验】【计算机网络】

4端到端协议

4.2 TCP协议流捕获与TCP协议分析

各位同学，大家好，本次实验的内容为TCP协议流捕获与TCP协议分析。

本次实验我们分成四个部分来介绍。我们先介绍实验目的，其次介绍实验内容及环境，再次介绍实验原理，最后演示实验过程。

实验目的

1.理解TCP协议的工作机制;

2.理解TCP协议的报文格式。

实验内容及实验环境

1.实验内容
1）启动Wireshark捕获当前活动网络连接；
2）使用某种工具创建TCP连接，并进行释放。
3）分析TCP的报文格式。

2.实验环境
1）可运行 Windows 操作系统的 PC 一台。
2）每台 PC 具有以太网卡一块，通过双绞线与局域网相连，并可接入因特网；
3）Wireshark 程序(可以从 http://www.wireshark.org/下载)

实验原理

TCP协议的报文格式

TCP协议简介

• TCP (Transmission Control Protocol传输控制协议）是一个面向连接的、端到端的、提供高可靠性服务的传输层通信协议，由IETF的RFC 793所定义。
• 因特网上的大多数应用都把TCP作为传输层的首选协议。

和UDP协议不同，TCP提供面向连接的服务。在传输数据前必须先建立连接，数据传输结束后要释放连接。TCP不提供广播或多播服务。由于TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多开销。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。TCP报文段是在传输层抽象的端到端逻辑信道中传送，该信道是可靠的全双工信道，但该信道不知道其究竟通过了哪些路由器，而这些路由器也不知道其上的传输层是否建立了TCP连接。

TCP协议的特点

• TCP是面向连接的协议
  和UDP的工作原理不同，TCP协议的工作原理要复杂的多。在不同节点之间传输数据前，必须先建立TCP连接；数据传输完毕后，需要释放已建立的连接。
• TCP提供面向字节流的可靠交付的服务
  TCP协议数据按字节流的方式进行传输。虽然每一个TCP报文段传输的数据大小不同，但每个报文段都包含起始字节数和窗口数量。当数据到达接收端时，可能存在差错、乱序或者重复。为了避免这些错误，接收端先进行校验，然后接收缓存按字节流的顺序将接收到的数据顺序排列，提交到高层，从而提供可靠的交付。
• TCP提供全双工通信
  TCP允许通信双方在任何时候都可以发送数据，在任一端都包含发送缓存和接收缓存，既能发送又能接收数据。

TCP报文段的组成

• 首部(header)
• 数据(data)

TCP报文段由首部（header）和数据（data）部分组成，TCP报文段首部的前20个字节是固定的，其后是根据需要而增加的选项。下面这个图给出了RFC793定义的TCP报文段结构。

从当前展示图的下面部分，我们可以看到，发送方应用进程交付给TCP的报文，在添加首部后构造成TCP报文段，然后就向下交付给IP 层。在TCP协议中数据按字节流的方式进行传输。虽然每一个TCP报文段传输的数据大小不同，但每个报文段都包含起始字节数和窗口大小。当数据到达接收端时，可能存在差错、乱序或者重复。为了避免这些错误，接收端先进行校验，然后接收缓存按字节流的顺序将接收到的数据顺序排列，提交到高层，从而提供可靠的交付。

从图的上部我们可以看到
TCP报文段由首部（header）和数据（data）部分组成，TCP报文段首部的前20个字节是固定的，其后是根据需要而增加的选项
下面对TCP首部的各个字段进行介绍。

最前面的两个字段是源端口字段和目的端口字段——各占 2 字节。用于标识应用程序的TCP端口号。
端口是运输层与应用层的服务接口。
端口的作用就是让应用层的各种应用进程，都能将其数据通过端口向下交付给运输层，以及让运输层将其收到的报文段中的数据，向上通过端口交付给应用层相应的进程。从这个意义上讲，端口是用来标志应用层的进程。
运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。

下一个字段是序号字段——占 4 字节。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节我们都会对其编上一个序号。
序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号

确认号字段——占 4 字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据 的第一个字节的序号。 用于通知对方期望接收下一个报文段的序号。实际上，序号和确认号是 发送方和接收方用来对数据字节计数（非报文段计数）。

数据偏移字段占 4 位，它用于度量从报文段开始位置到数据开始位置的偏移量，即TCP报文段首部长度，因此也称为首部长度字段。“数据偏移”的单位是 32 位字（以 4 字节为计算单位）。

保留字段——占 6 位，保留为今后使用，但目前固定为0。

URG字段为紧急比特字段，占1比特。 当 URG = 1 时，表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送(相当于高优先级的数据)。

ACK字段为确认比特字段，占1位。—— 只有当 ACK置为1 时，标识本报文段携带有确认信息，确认号字段才有效。当 ACK置为0 时，确认号字段无效。

*PSH字段为推送比特字段，占1比特， 接收端 TCP 收到 PSH = 1 的报文段，就尽快地交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。 *

RST字段为复位比特字段，占1比特。当 RST置为1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。此外也用于拒绝非法报文段和拒绝打开连接。

SYN字段为同步比特字段，占1比特，同步 SYN置为1 表示这是一个连接请求或连接接受报文，通常需与ACK结合使用。

FIN字段为终止比特字段，占1比特。用来释放一个连接。FIN置为1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

窗口字段，用于控制对方发送的数据量，进行流量控制，本字段占2字节，单位为字节。

检验和字段，用于TCP报文段的检错，占 2 字节。检验和字段检验的范围包括首部和数据这两部分。同UDP用户数据报一样在计算检验和时，要在 TCP 报文段的前面加上 12 字节的伪首部

紧急指针字段 —— 占 16 位，通常与URG字段配合使用，用于标识在本报文段中紧急数据的最后一个字节序号，即指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）。

以上介绍了TCP首部的固定部分，其后为选项字段 ，该字段长度可变。通常只使用3个选项，即MSS，SACK，WSopt。
MSS（Maximum Segment Size）指的是最大报文段长度选项、
SACK（Selective Acknowledgment）指的是选择性确认选项
选择确认选项用于下面的情况：
TCP通信时，如果发送序列中间某个数据包丢失，TCP会重传最后一个确认的包 后面的包，这样原先已经正确传输的包也可能重复发送，急剧降低了TCP性能。为改善这种情况，可以使用SACK(Selective Acknowledgment, 选择性确认)技术，使TCP只重新发送丢失的包，不用发送后续所有的包，而且提供相应机制使接收方能告诉发送方哪些数据丢失，哪些数据重发了，哪些数据已经提前收到。
WSopt（TCP Window Scale Option）指的是窗口扩大选项
窗口扩大选项 ——占 3 字节，其中有一个字节表示移位值 S。新的窗口值等于把窗口值向左移动 S 位后获得实际的窗口大小。

填充字段，用于保证TCP报文段首部结束和数据部分的起始在32比特的边界上，即使整个首部长度是 4 字节的整数倍。该字段长度不定。

2023-6-15 10:55:40

实验过程

2023-6-15 10:55:44

下面介绍实验过程，主要展示使用Wireshark捕获TCP连接SMTP服务器的过程，分析其中TCP报文段的格式。

使用Wireshark捕获TCP连接SMTP服务器的过程，分析其中TCP报文段的格式。

实验过程演示

提前使用ipconfig命令查询本机IP地址

查看我们想要连接的远程主机的地址
网易邮箱服务器103.74.29.40

打开WireShark
捕获WLAN

使用telnet命令
连接远程主机25端口

telnet smtp.163.com 25

连接成功后
断开连接

QUIT

打开WireShark
过滤
SMTP

过滤
ip.addr==103.74.29.40

我们可以使用右键菜单中的追踪流->追踪TCP流
查看实际通信的过程

分析TCP连接中的第一次握手

双击NO.18的包

MAC帧部分
可以看到
源 目的 协议类型

IP部分
可以看到
源 目的

TCP部分
可以看到
源 目的 序列号 确认号 头部大小 标志位 窗口信息 选项信息

分析TCP传输的第一个数据包

双击NO.21的包

MAC帧部分

IP部分

TCP部分

分析TCP释放的第一次挥手

双击NO.37的包

MAC帧部分

IP部分

TCP部分

2023-6-15 12:03:00

4.2.1实验章节测验

本次成绩：100
最高成绩：100
重做 还可以重做2次

一.单选题（共5题,25.0分）

1【单选题】
下列关于TCP协议的叙述中，正确的是（ ）
I.提供无连接服务
II.提供复用/分用服务
III.提供可靠数据传输
（5.0分）
A、仅I
B、仅I、II
C、仅II、III
D、I、II、III

我的答案：C:
仅II、III
;得分： 5.0分

2【单选题】TCP的正式规范是RFC( )?（5.0分）
A、792
B、793
C、794
D、795

我的答案：B:
793
;得分： 5.0分

3【单选题】TCP报文段首部中固定部分的长度是( )个字节?（5.0分）
A、12
B、16
C、20
D、24

我的答案：C:
20
;得分： 5.0分

4【单选题】当TCP的目的端口号为25时,说明应用层可能使用的是( )协议?（5.0分）
A、HTTP
B、FTP
C、TELNET
D、SMTP

我的答案：D:
SMTP
;得分： 5.0分

5【单选题】主机甲与主机乙之间已建立一个TCP连接，双方持续有数据传输，且数据无差错与丢失。若甲收到一个来自乙的TCP报文段，该报文段的序号为1913，确认号为2046，数据部分为100字节，则接下来甲发送给乙的TCP报文段的序号和确认号分别为( )和( )。（5.0分）
A、2047、2012
B、2046、2013
C、2013、2047
D、2046、2012

我的答案：B:
2046、2013
;得分： 5.0分

二.阅读理解（共1题,70.0分）

1【阅读理解】

图为网络嗅探器捕获的数据信息，请根据图中信息，回答以下问题。（70.0分）

(1) [填空题] （8.7分）
第(1)报文段，序号为 （1） ，置1的标志位是 （2）

我的答案：得分： 8.7分
第一空： 0

第二空： SYN

(2) [填空题] （8.7分）
第(2)报文段，序号为 （1） ，确认号为 （2） ，置1的标志位是 （3） 和 （4）

我的答案：得分： 8.7分
第一空： 0

第二空： 1

第三空： SYN

第四空： ACK

(3) [填空题] （8.7分）
第(3)报文段，序号为 （1） ，确认号为 （2） ，置1的标志位是 （3）

我的答案：得分： 8.7分
第一空： 1

第二空： 1

第三空： ACK

(4) [填空题] （8.7分）
第(4)报文段，序号为 （1） ，确认号为 （2）

我的答案：得分： 8.7分
第一空： 1

第二空： 1

(5) [填空题] （8.7分）
第(5)报文段，序号为 （1） ，确认号为 （2） ，置1的标志位是 （3）

我的答案：得分： 8.7分
第一空： 1

第二空： 531

第三空： ACK

(6) [填空题] （8.7分）
图中第(3)报文段的窗口字段值66048字节，代表哪一方（服务器/客户）的接收能力？ (1)

第(5)报文段的窗口字段值15744字节，代表哪一方（服务器/客户）的接收能力？ (2)

我的答案：得分： 8.7分
第一空： 客户

第二空： 服务器

(7) [填空题] （8.7分）
图中第(6)报文段的序号 (1) ,确认号是 (2) ,它携带 (3) 字节的数据？

第(6)报文段的源端口号是 (4)

我的答案：得分： 8.7分
第一空： 1

第二空： 531

第三空： 152

第四空： 443

(8) [填空题] （9.1分）
图中TCP连接释放之前，服务器发给客户的最后一个字节编号为 （1）

客户发给服务器的最后一个字节编号为 （2）

我的答案：得分： 9.1分
第一空： 
152

第二空： 
581

三.填空题（共1题,5.0分）

1【填空题】
B收到A的一个TCP报文段，该报文段的部分抓包信息如下：

这时 （1） 方接收能力的体现。

由此可以判断下一时刻， （2） 最多可以发送 （3） 字节的数据给 （4） 。

（注意：第1、2、4空填写A或B）（5.0分）

我的答案：得分： 5.0分
第一空： A

第二空： B

第三空： 16896

第四空： A

最后

2023-6-15 12:16:18

你对我百般注视，
并不能构成万分之一的我，
却是一览无余的你。

祝大家逢考必过
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