计网 - TCP 实战：如何进行 TCP 抓包调试？

Posted 2021-07-06 小小工匠

文章目录

• Pre
• 接口列表
• • 开启捕获功能
  • 观察 TCP 协议
  • 消息视图
  • 观察 HTTP 协议
  • 过滤和筛选
  • 报文颜色
• 总结
• QA: 请你用自己最熟悉的语言，写一个 UDP 连接程序，然后用 Wireshark 抓包。

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Pre

Wireshark 是世界上应用最广泛的网络协议分析器，它让我们在微观层面上看到整个网络正在发生的事情。

Wireshark 本身是一个开源项目，所以也得到了很多志愿者的支持。同时，Wireshark 具有丰富的功能集，包括：

• 深入检查数百个协议，并不断添加更多协议；

• 实时捕获和离线分析；

• 支持 Windows、Linux、macOS、Solaris、FreeBSD、NetBSD，以及许多其他平台；

• 提供 GUI 浏览，也可以通过 TTY；

• 支持 VOIP；

• 支持 Gzip；

• 支持 IPSec。

……

Wireshark 的主页：https://www.wireshark.org/download.html下载 Wireshark

那如何通过wireshark进行 TCP 抓包和调试？

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接口列表

Whireshark 可以帮你看到整个网络交通情况，也可以帮你深入了解每个封包。而且 Whireshark 在 macOS、Linux、Windows 上的操作都是一致的，打开 Wireshark 会先看到如下图所示的一个选择网络接口的界面。

我们要做的第一件事情就是选择一个网络接口（Network Interface）。Linux 下可以使用ifconfig指令看到所有的网络接口，Windows 下则使用 ipconfig。可以看到，上图中有很多网络接口，目前我连接路由器的接口是以太网 2。

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开启捕获功能

选择好接口之后，点击左上角的按钮就可以开启捕获，开启后看到的是一个个数据条目。

因为整个网络的数据非常多，大量的应用都在使用网络，你会看到非常多数据条目，每个条目是一次数据的发送或者接收。如下图所示：

以下是具体捕获到的内容：

• 序号（No.）是 Wireshark 分配的一个从捕获开始的编号。

• 时间（Time）是从捕获开始过去的时间戳，具体可以在视图中设置，比如可以设置成中文的年月日等。这里有很多配置需要你自己摸索一下，我就不详细介绍了。

• 源地址和目标地址（Source 和 Destination）是 IP 协议，注意这里有 IPv6 的地址，也有 IPV4 的地址。

• 协议可能有很多种，比如 TCP/UDP/ICMP 等，ICMP 是 IP 协议之上搭建的一个消息控制协议（Internet Control Message Protocol），比如 Ping 用的就是 ICMP；还有 ARP 协议（Address Resolution Protocol）用来在局域网广播自己的 MAC 地址。

• Length 是消息的长度（Bytes）。

• Info 是根据不同协议显示的数据，比如你可以看到在TCP 协议上看到Seq 和 ACK。这里的 Seq 和 ACK 已经简化过了，正常情况下是一个大随机数，Whireshark 帮你共同减去了一个初始值。

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观察 TCP 协议

如果你具体选择一个 TCP 协议的捕获，可以看到如下图所示的内容：

然后在这下面可以观察到详情内容：

我们可以从不同的层面来看这次捕获。从传输层看是 TCP 段；从网络层来看是 IP 封包；从链路层来看是 Frame。

点开不同层面观察这个 TCP 段，就可以获得对它更具体的认识，例如下图是从 TCP 层面理解这次捕获：

你可以看到这次捕获是一次 ACK（见 Flags）字段，从端口 58260 发往 443，那么大概率是 HTTPS 客户端给服务器的响应。

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消息视图

如果你选中一条消息，下面会出现一个消息视图。还有一个二进制视图。二进制视图里面是数据的二进制形式，消息视图是对二进制形式的解读。

Whireshark 追溯的是最底层网卡传输的 Frame（帧），可以追溯到数据链路层。因此对二进制形式的解读，也就是我们的消息视图也要分层。因为对于同样的数据，不同层的解读是不同的。

• 最上面是 Frame 数据，主要是关注数据的收发时间和大小。

• 接着是数据链路层数据，关注的是设备间的传递。你可以在这里看到源 MAC 地址和目标 MAC 地址。

• 然后是网络层数据，IP 层数据。这里有 IP 地址（源 IP 地址和目标 IP 地址）；也有头部的 Checksum（用来纠错的）

• 最下面是传输层数据。 也就是 TCP 协议。关注的是源端口，目标端口，Seq、ACK 等。

• 有的传输层上还有一个 TLS 协议，这是因为用 HTTPS 请求了数据。TLS 也是传输层。TLS 是建立在 TCP 之上，复用了 TCP 的逻辑。

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观察 HTTP 协议

Wireshark 还可以用来观察其他的协议，比如说 HTTP 协议，下图是对 HTTP 协议的一次捕获：

可以看到，Wireshark 不仅仅捕获了应用层，还可以看到这次 HTTP 捕获对应的传输层、网络层和链路层数据。

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过滤和筛选

Wireshark 还提供了捕获的过滤，我们只需要输入过滤条件，就可以只看符合条件的捕获。

比如我们想分析一次到百度的握手。首先开启捕获，然后在浏览器输入百度的网址，最后通过ping指令看下百度的 IP 地址，如下图所示：

看到IP 地址之后，我们在 Wireshark 中输入表达式，如下图所示：

这样看到的就是和百度关联的所有连接。上图中刚好是一次从建立 TCP 连接（3 次握手），到 HTTPS 协议传输握手的完整过程。你可以只看从192.168.1.5到14.215.177.39的请求。

首先是从客户端（192.168.1.5）发出的 SYN 和百度返回的 SYN-ACK，如下图所示：

然后是客户端返回给百度一个 ACK：

接下来是 HTTPS 协议开始工作（开始握手）：

可以看到 HTTPS 协议通过 TLSv1.2 发送了 Client Hello 到服务端。接下来是 Server 返回给客户端 ACK，然后再发送给客户端一个 Server Hello：

之后百度回传了证书：

最后开始交换密钥，直到 HTTPS 握手结束：

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报文颜色

在抓包过程中，黑色报文代表各类报文错误；红色代表出现异常；其他颜色代表正常传输。

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总结

Wireshark 是个强大的工具，支持大量的协议。还有很多关于 Wireshark 的能力，希望你可以进一步探索，如下图中鼠标右键一次捕获，可以看到很多选项，都是可以深挖的。

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QA: 请你用自己最熟悉的语言，写一个 UDP 连接程序，然后用 Wireshark 抓包。

以 Java 为例，写了一个回声服务（即客户端发送什么服务段返回什么），以下是服务端程序：

var socket = new DatagramSocket(8888);

var buf = new byte[256];

while (true) {

    DatagramPacket packet

            = new DatagramPacket(buf, buf.length);

    System.out.println("try receive...");

    socket.receive(packet);

    var address = packet.getAddress();

    int port = packet.getPort();

    packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, port);

    String received

            = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());

    socket.send(packet);

}

以下是客户端程序：

  var buf = "Hello".getBytes();

  var socket = new DatagramSocket();

  var address = InetAddress.getByName("localhost");

  var packet

          = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, 8888);

  socket.send(packet);

  socket.receive(packet);

  String received = new String(

          packet.getData(), 0, packet.getLength());

  System.out.format("Server echo : %s\\n", received);

通过观察上面两段程序，你会发现发送和接收的都是Datagram报文。而且服务端和客户端之间不需要建立连接。服务端可以通过读取客户端的地址区分客户端，客户端通过服务端地址和端口发送数据到服务端。