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TCP回射服务器/客户端分析

2024-07-29 07:23:20   229人阅读

本文将对一个简单的TCP回射服务器和客户端进行抓包，从而分析一次成功而理想TCP会话的基本流程，多次不成功或与预期不一致的抓包结果将在下篇博文进行分析

 

本文程序编译环境为：

Linux version 3.16.4-1-ARCH

gcc version 4.9.1 20140903 (prerelease)

Glibc 2.18

服务器代码如下：

 1 #include <unistd.h> 2 #include <sys/types.h> 3 #include <sys/socket.h> 4 #include <arpa/inet.h> 5 #include <netinet/in.h> 6  7 #include <stdio.h> 8 #include <stdlib.h> 9 #include <string.h>10 11 #define ERR_EXIT(exp) 12     do13     {14         perror(exp);15         exit(EXIT_FAILURE);16     }while(0)17 18 #define BUFSIZE 102419 20 int main(int argc, char *argv[])21 {22     if(argc != 2)23         ERR_EXIT("Usage: a.out <port>");24 25     int server_sock;26     int client_sock;27     struct sockaddr_in server_addr;28     struct sockaddr_in client_addr;29     socklen_t server_len;30     socklen_t client_len;31 32     server_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);33     if(server_sock == -1)34         ERR_EXIT("socket");35 36     memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));37     server_addr.sin_family = AF_INET;38     server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;39     server_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));40     server_len = sizeof(server_addr);41     client_len = sizeof(client_addr);42 43     if(bind(server_sock, (struct sockaddr*)&server_addr, server_len) == -1)44         ERR_EXIT("bind");45 46     if(listen(server_sock, 5) == -1)47         ERR_EXIT("listen");48 49     client_sock = accept(server_sock, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);50     if(client_sock == -1)51         ERR_EXIT("accept");52     char buffer[BUFSIZE];53     read(client_sock, buffer, BUFSIZE);54     write(client_sock, buffer, strlen(buffer));55 56     sleep(3);57     close(client_sock);58     close(server_sock);59     return 0;60 }

 

客户端代码如下：

 1 #include <unistd.h> 2 #include <sys/types.h> 3 #include <sys/socket.h> 4 #include <arpa/inet.h> 5 #include <netinet/in.h> 6  7 #include <stdio.h> 8 #include <stdlib.h> 9 #include <string.h>10 11 #define ERR_EXIT(exp) 12     do13     {14         perror(exp);15         exit(EXIT_FAILURE);16     }while(0)17 18 #define BUFSIZE 102419 20 int main(int argc, char *argv[])21 {22     if(argc != 3)23         ERR_EXIT("Usage: a.out <server_ip> <port>");24 25     int server_sock;26     struct sockaddr_in server_addr;27     socklen_t server_len;28 29     server_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);30     if(server_sock == -1)31         ERR_EXIT("socket");32 33     server_addr.sin_family = AF_INET;34     server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);35     server_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));36     server_len = sizeof(server_addr);37 38     if(connect(server_sock, (struct sockaddr*)&server_addr, server_len) == -1)39         ERR_EXIT("connect");40 41     char buffer[BUFSIZE] = "Hello World!";42     write(server_sock, buffer, strlen(buffer));43     memset(buffer, 0, BUFSIZE);44     read(server_sock, buffer, BUFSIZE);45     printf("%s\n", buffer);46 47     sleep(1);48     close(server_sock);49     return 0;50 }

 

首先展示抓包结果，这是一个完全符合书本理论的理想状况，下篇博客将会通过调试器等手段制造非理想状况，进而分析其行为，因此不对TCP包结构进行讨论，TCP包的WIN字段用于滑动窗口的控制，本文暂不涉及

 

抓包结果

首先：一次TCP会话的基本流程应该分为以下三步

  1. 与对方套接字建立连接
  2. 与对方套接字进行数据交换
  3. 断开与对方套接字的连接

下面即对抓包结果进行分析，从而分析出这三个步骤中实际发生了什么，需要说明的是，抓包得到的No序号和TCP包中seq和ack的序号不是一个东西，由于我使用SSH连接了测试机进行控制，因此抓包软件连同SSH的数据包一并抓取，造成与我们测试内容相关的数据包序号不连续，不过这并不影响我们的分析和理解

  • 22号数据包，客户端发往服务端，SYN置位，表面消息类型为SYN，即同步消息，Seq=0，这是客户端首次请求连接时所产生的消息
    • seq的含义为“客户端发往服务端的seq为0，长度为0的数据包，等待服务端确认收到，并请求客户端发往服务端发送seq为1的数据包”
  • 24号数据包，服务器收到了连接请求SYN，做出应答，应答消息的数据包中，SYN，ACK置位，即消息类型为SYN+ACK，Seq=0，Ack=
    • Seq含义为“服务端将向客户端发送seq为0长度为0的数据包，等待客户端确认收到，并请求发送服务器发往客户端的seq为1的数据包”
    • Ack的含义为“服务端已收到客户端发往服务端的seq为0长度为0的数据包，客户端可以发送seq为1的数据包”
      • 需要注意的是，在上文中我采用了“从a发往b的seq为n的长度为k数据包”，非常啰嗦，其原因在于
      • seq与ack值的增长并非是按照数据包数量增长的，其增量为传输的数据字节数，即LEN，其增长规则为：ack = seq + len + 1，此式与后面结果有所冲突，待有更深入理解后再行更正或解释
      • 与书本中的描述不同，书本描述中SYN包的seq和SYN+ACK包的seq不相同，造成一种“客户端套接字和服务端套接字发数据包seq是在一个线性空间中”的错觉，此处抓包结果已经展示出，客户端的seq和服务端的seq是独立位于两个线性空间中，互不干涉，没有查看TCP协议的标准文档，此处暂时存疑
  • 25号数据包，客户端收到了服务端发来的SYN+ACK消息，做出ACK应答，seq为1，ack为1，含义可以参照上文，

22,24,25号数据包即TCP会话基本流程的第一步：与对方套接字建立连接，这个过程一共进行了三次数据包的传递，也就是俗称的三次握手

  • 26号数据包由客户端发往服务端，PSH，ACK置位，seq=1，ack=1，len=12
  • 27号数据包由服务端发往客户端，ACK置位，seq=1，ack=13，可以看出，服务端收到了客户端发来的seq为1，长度为12的数据包，并通知客户端可以发送seq为13的数据包，从而证实了，数据包seq的增量取决于传输的字节数
  • 28号数据包由服务端发往客户端，即回射的数据，PSH，ACK置位，seq=1，ack=13，Len=13,
    • 从这个包可以得出两点
      • 在没有收到请求的数据包时，tcp会话的某一方会重新请求该数据包
      • tcp会话的某一方不会做出“某个数据包已经请求，以后将会收到”的假设
    • 回顾之前的包，不难发现，所有的tcp包中都有seq和ack两个值，因此可以猜想，seq和ack是面向连接的TCP会话可靠性的重要保证和依赖，暂时没有查询标准文档，因此这儿仅作猜想
    • 这个数据包的LEN=13，客户端发来的数据包LEN确为12，这是一个很奇怪的现象，查看26和28号包的data段，可以发现其中差异
      • 26号：48:65:6c:6c:6f:20:57:6f:72:6c:64:21
      • 28号：48:65:6c:6c:6f:20:57:6f:72:6c:64:21:04
      • 多出了最后一个04，ASCII表示为EOT(End of Transmission)，此处暂时存疑，以后填坑
  • 29号包，由客户端发往服务端，ACK置位，seq=13，ack=14，表明客户端成功接收了服务端回射的数据

26,27,28,29四个数据包展示了客户端服务端进行一次数据交换的过程，两个来回，并根据实际的业务逻辑而变化，这就是TCP会话中的第二步：与对方套接字进行数据交换

  • 32号包，客户端发往服务端，FIN，ACK置位，表明即将断开连接，等待服务端回应
  • 34号包，服务端发往客户端，ACK置位，对客户端的FIN请求做出了回应
  • 36号包，服务端发往客户端，FIN，ACK置位，表明服务端也将断开和客户端的连接，等待客户端回应
  • 37号包，客户端发往服务端，ACK置位，对服务端的断开请求进行回应，并真正断开(这么说并不确切，不过本文不进行深究)

32,34,36,37号包实现了一次TCP会话中的第三步：断开与对方套接字的连接，这个过程经历了四次数据包的传递，也就是俗称的四次挥手，至此，一次TCP会话成功完成，下篇博文将会讨论一次TCP会话中的状态转移，并分析一些和本文不同的抓包结果

 

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