用协议分析工具学习TCP/IP（二）

编者按：上篇我们搭建一个最简单的网络环境《用协议分析工具学习TCP/IP(一)》下面通过分析用iris捕获的包来分析一下TCP/IP的工作过程，为了更清晰的解释数据传送的过程，我们按传输的不同阶段抓了四组数据，分别是查找服务器、建立连接.

第一组 查找服务器

1）下图显示的是1、2行的数据

图9

2）解释数据包

这两行数据就是查找服务器及服务器应答的过程。

在第1行中，源端主机的MAC地址是00:50:FC:22:C7:BE。目的端主机的MAC地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF，这个地址是十六进制表示的，F换算为二进制就是1111，全1的地址就是广播地址。所谓广播就是向本网上的每台网络设备发送信息，电缆上的每个以太网接口都要接收这个数据帧并对它进行处理，这一行反映的是步骤5）的内容，ARP发送一份称作ARP请求的以太网数据帧给以太网上的每个主机。网内的每个网卡都接到这样的信息“谁是192.168.113.1的IP地址的拥有者，请将你的硬件地址告诉我”。

第2行反映的是步骤6）的内容。在同一个以太网中的每台机器都会"接收"到这个报文，但正常状态下除了1号机外其他主机应该会忽略这个报文，而1号的主机的ARP层收到这份广播报文后，识别出这是发送端在寻问它的IP地址，于是发送一个ARP应答。告知自己的IP地址和MAC地址。第2行可以清楚的看出1号回答的信息__自己的MAC地址00:50:FC:22:C7:BE。

这两行反映的是数据链路层之间一问一答的通信过程。这个过程就像我要在一个坐满人的教室找一个叫“张三”的人，在门口喊了一声“张三”，这一声大家都听见了，这就叫广播。张三听到后做了回应，别人听到了没做回应，这样就与张三取得了联系。

3）头信息分析

如下图左栏所示，第1数据包包含了两个头信息：以太网（Ethernet）和ARP。

图10

下表2是以太网的头信息，括号内的数均为该字段所占字节数，以太网报头中的前两个字段是以太网的源地址和目的地址。目的地址为全1的特殊地址是广播地址。电缆上的所有以太网接口都要接收广播的数据帧。两个字节长的以太网帧类型表示后面数据的类型。对于ARP请求或应答来说，该字段的值为0806。

第2行中可以看到，尽管ARP请求是广播的，但是ARP应答的目的地址却是1号机的（00 50 FC 22 C7 BE）。ARP应答是直接送到请求端主机的。

表2

下表3是ARP协议的头信息。硬件类型字段表示硬件地址的类型。它的值为1即表示以太网地址。协议类型字段表示要映射的协议地址类型。它的值为0800即表示IP地址。它的值与包含I P数据报的以太网数据帧中的类型字段的值相同。接下来的两个1字节的字段，硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度，以字节为单位。对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，它们的值分别为6和4。Op即操作（Opoperation），1是ARP请求、2是ARP应答、3是RARP请求和4为RARP应答，第二行中该字段值为2表示应答。接下来的四个字段是发送端的硬件地址、发送端的IP地址、目的端的硬件地址和目的端IP地址。注意，这里有一些重复信息：在以太网的数据帧报头中和ARP请求数据帧中都有发送端的硬件地址。对于一个ARP请求来说，除目的端硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。

表3的第2行为应答，当系统收到一份目的端为本机的ARP请求报文后，它就把硬件地址填进去，然后用两个目的端地址分别替换两个发送端地址，并把操作字段置为2，最后把它发送回去。

表3

第二组 建立连接

1）下图显示的是3-5行的数据

图11

2）解释数据包

这三行数据是两机建立连接的过程。

这三行的核心意思就是TCP协议的三次握手。TCP的数据包是靠IP协议来传输的。但IP协议是只管把数据送到出去，但不能保证IP数据报能成功地到达目的地，保证数据的可靠传输是靠TCP协议来完成的。当接收端收到来自发送端的信息时，接受端详发送短发送一条应答信息，意思是：“我已收到你的信息了。”第三组数据将能看到这个过程。TCP是一个面向连接的协议。无论哪一方向另一方发送数据之前，都必须先在双方之间建立一条连接。建立连接的过程就是三次握手的过程。

这个过程就像要我找到了张三向他借几本书，第一步：我说：“你好，我是担子”，第二步：张三说：“你好，我是张三”，第三步：我说：“我找你借几本书。”这样通过问答就确认对方身份，建立了联系。

下面来分析一下此例的三次握手过程。

1))请求端208号机发送一个初始序号（SEQ）987694419给1号机。

2))服务器1号机收到这个序号后，将此序号加1值为987694419作为应答信号（ACK），同时随机产生一个初始序号（SEQ）1773195208，这两个信号同时发回到请求端208号机，意思为：“消息已收到，让我们的数据流以1773195208这个数开始。”

3))请求端208号机收到后将确认序号设置为服务器的初始序号（SEQ）1773195208加1为1773195209作为应答信号。

以上三步完成了三次握手，双方建立了一条通道，接下来就可以进行数据传输了。

下面分析TCP头信息就可以看出，在握手过程中TCP头部的相关字段也发生了变化。

3）头信息分析

如图12所示，第3数据包包含了三头信息：以太网（Ethernet）和IP和TCP。

头信息少了ARP多了IP、TCP，下面的过程也没有ARP的参与，可以这样理解，在局域网内，ARP负责的是在众多联网的计算机中找到需要找的计算机，找到工作就完成了。

以太网的头信息与第1、2行不同的是帧类型为0800，指明该帧类型为IP。

图12

IP协议头信息

IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。从图5可以看出所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输的，有个形象的比喻IP协议就像运货的卡车，将一车车的货物运向目的地。主要的货物就是TCP或UDP分配给它的。需要特别指出的是IP提供不可靠、无连接的数据报传送，也就是说I P仅提供最好的传输服务但不保证IP数据报能成功地到达目的地。看到这你会不会担心你的E_MAIL会不会送到朋友那，其实不用担心，上文提过保证数据正确到达目的地是TCP的工作，稍后我们将详细解释。

如表4是IP协议的头信息。

表4 IP数据报格式及首部中的各字段

图12中所宣布分45 00—71 01为IP的头信息。这些数是十六进制表示的。一个数占4位，例如：4的二进制是0100

4位版本：表示目前的协议版本号，数值是4表示版本为4，因此IP有时也称作IPv4；

4位首部长度：头部的是长度，它的单位是32位(4个字节)，数值为5表示IP头部长度为20字节。

8位服务类型(TOS)：00，这个8位字段由3位的优先权子字段，现在已经被忽略，4位的TOS子字段以及1 位的未用字段（现在为0）构成。4位的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位最多只能有一个为1，本例中都为0，表示是一般服务。

16位总长度(字节数)：总长度字段是指整个IP数据报的长度，以字节为单位。数值为00 30，换算为十进制为48字节，48字节=20字节 的IP头+28字节的TCP头，这个数据报只是传送的控制信息，还没有传送真正的数据，所以目前看到的总长度就是报头的长度。

16位标识：标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1，第3行为数值为30 21，第5行为30 22，第7行为30 23。分片时涉及到标志字段和片偏移字段，本文不讨论这两个字段。

8位生存时间（TTL）：TTL（time-to-live）生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。它指定了数据报的生存时间。ttl的初始值由源主机设置，一旦经过一个处理它的路由器，它的值就减去1。可根据TTL值判断服务器是什么系统和经过的路由器。本例为80，换算成十进制为128，WINDOWS操作系统TTL初始值一般为128，UNIX操作系统初始值为255，本例表示两个机器在同一网段且操作系统为WINDOWS。

8位协议：表示协议类型，6表示传输层是TCP协议。

16位首部检验和：当收到一份I P数据报后，同样对首部中每个16 位进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全1。如果结果不是全1，即检验和错误，那么IP就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。

32位源IP地址和32位目的IP地址：实际这是IP协议中核心的部分，但介绍这方面的文章非常多，本文搭建的又是一个最简单的网络结构，不涉及路由，本文对此只做简单介绍，相关知识请参阅其它文章。32位的IP地址由一个网络ID和一个主机ID组成。本例源IP地址为C0 A8 71 D0，转换为十进制为：192.168.113.208; 目的IP地址为C0 A8 71 01，转换为十进制为：192.168.113.1。网络地址为192.168.113