1.TCP协议的由来

UDP协议，实验非常简单，并且容易实现。但是其可靠性较差，一旦将数据包发出，将无法知道对方是否收到。

为了解决这个问题，TCP协议就诞生了。使用TCP协议，可以提供网络的安全性。因为使用TCP协议传输数据时，每发送一个数据包都要求确认。如果有一个数据包丢失，就收不到确认包，发送方就知道应该重发这个数据包。这样，TCP协议就保证了数据的安全性。

2.TCP端口

TCP端口就是为TCP协议通信提供服务的窗口。所有TCP通信都会使用源端口和目的端口，而这些可以在每个TCP头中找到。端口就像是老式电话机上的接口，一个总计操作员会监视着一个面板上的指示灯和插头。当指示灯亮起的时候，它就会链接这个呼叫者，问它想要和谁通话，然后插一根电缆线将它和它的目的地址链接起来。每次呼叫都需要有一个源端口（呼叫者）和目的端口（接收者）。TCP端口大概就是这样工作的。

为了能够将数据传输到远程服务器或者设备的特定应用中去，TCP数据包必须知道远程服务所监听的端口。如果想试着链接一个不同于所设置的端口，那么这个通信就会失败。这个序列中的源端口并不十分重要，所以可以随机选择。远程服务器也可以很简单的从发送过来的原始数据中得到这个端口。如下图所示，在图中列举两种服务使用的TCP端口。

图中表示客户端与Web服务器和邮件服务器的一个通信。从该图中，可以看到客户端与不同服务器建立连接时，使用的源端口和目标端口都不同。

在使用TCP进行通信的时候，有65535个端口可供使用，并通常将这些端口分成两个部分，如下所示：

1~1023：是标准端口组（忽略掉被预留的0），特定服务会用到这些通常位于标准端口分组中的标准端口。

1024~65535：是临时端口组（尽管一些操作对此有着不同的定义），当一个服务想在任意时间使用端口进行通信的时候，操作系统都会随机选择这个源端口，让这个通信使用唯一的源端口。这些源端口通常就位于临时端口组。

3.TCP三次握手

在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的链接服务，通过使用三次握手建立一个链接。所有基于TCP协议的通信都需要以两台主机的握手开始。

Seq表示请求序列号，Ack表示确认序列号，SYN和ACK为控制位。

3.1 第一次握手

第一次握手建立连接时，客户端向服务器端发送SYN报文（Seq=x，SYN=1），并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认。

3.2 第二次握手

第二次握手实际上是分两部分完成的。即SYN+ACK（请求和确认）报文。

（1）服务器收到了客户端的请求，向客户端回复一个确认信息（Ack=x+1）。

（2）服务器再向客户端发送一个SYN包（Seq=y）建立连接的请求，此时服务器进入SYN_RECV状态，如下图所示：

3.3 第三次握手

第三次握手，客户端收到服务器的回复（SYN+ACK报文）。此时，客户端也要向服务器发送确认包(ACK).此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，如下图所示：

这样就完成了三次握手，此时，客户端就可以与服务器开始传送数据了。

4.TCP四次断开

在TCP协议中，每次握手后都会终止。就和人与人之间相互问候一样，最终都会有一句再见。TCP终止用来在两台设备完成通信后正常的结束链接。该过程包含4个数据包，并且用一个FIN标志来标明链接的终结。

TCP四次断开连接如下图

如上图所示的四个过程，通过发送了4个数据包断开了与服务器的链接，整个过程的一个详细概述如下：

（1）客户端通过发送一个设置了FIN和ACK标志的TCP数据包，告诉服务器通信已经完成。

（2）服务器收到客户端发送的数据包后，发送一个ACK数据包来响应客户端。

（3）服务器再向客户端传送一个自己的FIN/ACK数据包。

（4）客户端收到服务器的FIN/ACK包时，响应服务器一个ACK数据包。然后结束通信过程。

5.TCP重置

在理想情况中，每一个连接都会以TCP四次断开来正常的结束会话。但是在现实中，连接经常会突然中断。例如，这可能由于一个潜在的攻击者正在进行断开扫描，或者仅仅是主机配置的错误。在这些情况下，就需要使用设置了RST标志的TCP数据包。RST标志用来指出连接异常中止或拒绝连接请求的包。

   

根据实验环境，本实验的步骤如下：

1.在测试环境使用发包工具和Wireshark抓取TCP三次握手和四次断开的数据包。

2.详细分析TCP协议的三次握手以及四次断开。

任务描述：安装发包工具，并配置TCP客户端，服务端，与Wireshark配合使用 此工具与分析UDP协议时相同，实验室环境中已经安装，在此再重复一遍，我们使用" TCP&UDP测试工具"来制作和发送TCP数据包。双击测试者机器桌面的" TCP&UDP测试工具",会出现下图显示页面：

 

下面我们需要配置TCP的服务端以及客户端。

1.配置服务器端

选择10.1.1.33的机器，双击桌面的" TCP&UDP测试工具",右键点击服务器模式，在下拉列表中，选择创建服务器，如下图：

 

 

选择"创建服务器"之后，会弹出服务器端口设置，本次使用默认工具给的6000端口即可，点击"确定"按钮。

点击"确定"按钮之后，在左侧的服务器模式列表中，会出现创建的列表，选择我们创建的服务器，右键点击，选择"启动服务器"，即完成了服务器端的配置

 

2.配置客户端

选择10.1.1.142的机器，双击桌面的" TCP&UDP测试工具",右键点击客户端模式，在下拉列表中，选择"创建连接"，如下图：

在弹出的窗口中，选择TCP协议，服务器IP为10.1.1.33.端口6000，本机随意IP，如下图

点击创建后，如下图，

 

 

3.获取TCP数据包

获取的TCP协议的数据包。分为两部分，即TCP三次握手，四次断开的数据。但在实际的操作中，可能遇到的情况较多，比如源IP和目的IP比较多，协议的帧号乱序等各种问题。在此，我们教大家简单的过滤功能，着色功能方便过滤和查看。    启动Wireshark，在Filter中输入tcp，点击Apply会看到很多的数据包，这是因为测试环境中，有很多的应用程序，与其服务器连接，使用TCP协议。我们已知两台机器的IP情况下，可以在filter中输入"ip.addr == 10.1.1.142 and ip.addr == 10.1.1.33"来过滤出我们想要的数据，点击工具中的"连接"按钮。在发送区域输入"hetinlabtcp"点击发送，会持续的更新TCP数据。

Wireshark还为我们提供了着色和指定的帧信息保存功能。左键点击某一帧，右键选择"Colorize Conversation",横向选择"TCP",横向再选择自己喜欢的颜色，操作如下图

 

 

 

 

 

 

 

从上面可以很容易的看出，70，73,74帧是tcp的三次握手，428,429，430，431帧是四次断开的数据。如果你还想把三次握手和四次断开的数据包分别保存，Wireshark也提供了这样的功能，并且支持帧序号乱序的情况。下面，我们先来保存三次握手的数据包，因三次握手的帧是乱序，我们先右键点击70帧，选择"Mark Packet（toggle）'，在依次选择73帧，74帧，如下图

 

在Wireshark的菜单栏中，依次选择FIle->Export Specified Packets 命令，

择Marked packets,并选择保存名字和路径，即可。下面来保存四次断开的数据，因428-431为连续的序号，所以在Wireshark的菜单栏中，依次选择FIle->Export Specified Packets 命令

 

 

 

 

选择Range,输入序号的起始和结束数字，选择保存名字和路径即可。

实验步骤二

任务描述：通过实验一，我们已经获取了数据包，并且进行了分类保存，实验二将对TCP的三次握手进行详细分析

1.TCP首部

在分析TCP数据包之前，先介绍一下TCP首部格式，如下

 TCP首部格式

                       

在上面的表中，TCP首部的各字段含义如下所示：

源端口：用来传输数据包的端口。

目标端口:数据包将要被发送到的端口。

序号：该数字用来表示一个TCP片段。这个域用来保证数据流中的部分没有流失。seq

确认号：该数字是通信中希望从另一个设备得到的下一个数据包的序号。ack

保留：包括Resverved、Nonce、CWR、和ENC-Echo，共6个比特位。

标记：用来表示所传输的TCP数据包类型。该字段中可用的标记包括URG、ACK、PSH、RST、SYN和FIN。

窗口大小：TCP接收者缓冲的字节大小。

校验和：用来保证TCP首部和数据的内容，在达到目的地时的完整性。

紧急指针：如果设置了URG位，这个域将被检查作为额外的指令，告诉CPU从数据包的哪里开始读取数据。

选项：各种可选的域，可以在TCP数据包中进行指定。

上面提到了TCP传输时，可用到的标记位，下面分别介绍这6种标记的作用，如下：

URG：紧急标志，表示TCP包的紧急指针有效，用来保证TCP连接不被中断，并且督促中间层设备要尽快处理这些数据。

ACK：确认标志，表示应答域有效，就是前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据包中，该标志位有两个值，分别是0和1。当为1的时候，表示应答域有效。反之为0。

PSH：该标志位表示Push操作。所谓Push操作就是指在数据包到达接收端以后，立即传送给应用程序，而不是在缓存区排队。

RST：该标志位表示链接复位请求，用来复位那些产生错误的链接，也被用来拒绝错误和非法的数据包。

SYN：表示同步序号，用来建立连接。SYN 标志位和ACK标志位搭配使用，当连接请求的时候，SYN=1，ACK=0；当连接被响应的时候，SYN=1，ACK=1。这个标志的数据包经常被用来进行端口扫描。扫描者发现一个只有SYN的数据包，如果对方主机响应了一个数据包回来，就表面该主机存在这个端口；但是由于这种扫描方式只是进行TCP三次握手的第一次握手，因此这种扫描成功表示扫描的机器不安全。因为一个安全的主机，将会强制要求一个链接严格的进行TCP的三次握手。

FIN：表示发送端以及达到数据末尾，也就是说双方的数据传送完毕，没有数据可以传送了。此时发送FIN标志位的TCP数据包后，链接将被断开。这个标志的数据包也经常被用于进行端口扫描。当一个FIN标志的TCP数据包发送到一台计算机的特定端口后，如果这台计算机响应了这个数据，并且反馈回来一个RST标志的TCP包，就表明这台计算机上没有打开这个端口，但是这台计算机是存在的；如果这台计算机没有反馈回来任何数据包，这就标明，这台被扫描的计算机存在这个端口。

2.分析TCP的三次握手

2.1.第一次握手

TCP第一次握手，捕获的数据包信息如下所示

 

 

 

 

 

从Wireshark的Packet List面板中的Info列可以看到显示的TCP标志位是SYN。所以该数据包是客户端向服务器发送的第一次握手连接。在Packet Details面板中，显示了该包的详细信息，下面详细介绍

表示这是第1个数据帧的相信信息，并且该包的大小为62个字节。

以太网帧头部信息，其实源MAC地址为02:00:04:78:01:7b，目标MAC地址为02:00:7b:16:02:43。    

IPv4首部的详细信息。其中源IP是10.1.1.142，目的IP为10.1.1.33。

传输层首部的详细信息，这里使用TCP协议，其中源端口为56678，目标端口为6000.

 

 

 

2.2.第二次握手

TCP第二次握手捕获数据包相信信息，如下：

位于TCP上面的信息与第一次握手时相近似

 

 

 

以上描述的详细信息是服务器收到请求后，发给客户端的确认包（SYN+ACK）。根据以上描述，可以看到在该帧数据包中包含这个主机初始的序列号0，以及一个确认号1。这个确认号比之前那个数据包（1帧数据包）序列号大1，是因为该域是用来表示主机所期望得到的下一个序列号的值。

我们将上面的信息，对应到TCP首部格式的每个字段，如下：

第二次握手TCP首部

 

2.3.第三次握手

TCP第三次握手捕获数据包相信信息

 

 

 

以上信息就是客户端向服务器发送的确认包。在以上信息中，序列号和确认号都是1。标志位中只设置了ACK，表示该数据包是一个确认包。这样就完成了TCP链接的建立阶段。此时没有Options字段。

我们将上面的信息，对应到TCP首部格式的每个字段，如下：

第三次握手TCP首部

实验步骤三

任务描述：TCP的四次断开，也是TCP协议的主要工作之一。下面将通过捕获的tcp-break.pcapng文件，来分析TCP的四次断开。

1.第一次断开

TCP第一次断开连接的数据包，在该界面显示了TCP第一次断开，数据包的详细信息

 

 

 

 

通过以上信息的描述，可以看到客户端向服务器发送FIN和ACK标志的数据包开始断开连接，其中FIN和ACK标志位都为1.

我们将上面的信息，对应到TCP首部格式的每个字段，如下：

第一次断开TCP首部格式

2.第二次断开

TCP第二次断开连接的数据包

在该界面显示了TCP第二次断开，数据包的详细信息。

 

 

 

 

通过以上信息的描述，可以看出该包是服务器向客户端发送的ACK包。其中ACK标志位为1.

我们将上面的信息，对应到TCP首部格式的每个字段，如下：

第二次断开TCP首部格式

3.第三次断开

TCP第三次断开连接的数据包

在该界面显示了TCP第三次断开，数据包的详细信息，我们具体来看下TCP部分

 

 

 

 

可以看出该包是服务器向客户端发送的FIN和ACK包。其中FIN和ACK标志位为1.

我们将上面的信息，对应到TCP首部格式的每个字段，如下：

第三次断开TCP首部格式

4.第四次断开

TCP第四次断开连接的数据包，如下

 

 

通过以上信息的描述，可以看到客户端向服务器发送ACK的包。其中，ACK标志位都为1.

 

第四次断开TCP首部格式