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利用IRIS学习TCP/IP(下)(图)

日期：2005-07-22 00:00:00  来源：中国站长学院
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    　　第二组 建立连接

　　1）下图显示的是3-5行的数据。 

 
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。

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

　　B.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。”

　　C.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。 

 
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IP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。

32位 20
字
节
4位版本 4位首部长度 8位服务类型(TOS) 16位总长度(字节数)
16位标识 3位标志 13位片偏移
8位生存时间（TTL） 8位协议 16位首部检验和
32位源IP地址
32位目的IP地址
选项(如果有)
数据

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IP v 4；

　　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IP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，主机地址分别为1和208，它们的网络地址是相同的所以在一个网段内，这样数据在传送过程中可直接到达。

TCP协议头信息

　　如表5是ICP协议的头信息。


32位 20
字
节
16位源端口号 16位目的端口号
32位序号
32位确认序号
4位首部长度 保留(6位) URG ACK PSH RST SYN FIN 16位窗口大小
16位检验16位紧急指针
选项
数据

表5 TCP包首部

　　第三行TCP的头信息是：04 28 00 15 3A DF 05 53 00 00 00 00 70 02 40 00 9A 8D 00 00 02 04 05 B4 01 01 04 02

　　端口号：常说FTP占21端口、HTTP占80端口、TELNET占23端口等，这里指的端口就是TCP或UDP的端口，端口就像通道两端的门一样，当两机进行通讯时门必须是打开的。源端口和目的端口各占16位，2的16次方等于65536，这就是每台电脑与其它电脑联系所能开的“门”。一般作为服务一方每项服务的端口号是固定的。本例目的端口号为00 15，换算成十进制为21，这正是FTP的默认端口，需要指出的是这是FTP的控制端口，数据传送时用另一端口，第三组的分析能看到这一点。客户端与服务器联系时随机开一个大于1024的端口，本例为04 28，换算成十进制为1064。你的电脑中了木马也会开一个服务端口。观察端口非常重要，不但能看出本机提供的正常服务，还能看出不正常的连接。Windows察看端口的命令时netstat。

　　32位序号：也称为顺序号（Sequence Number），简写为SEQ，从上面三次握手的分析可以看出，当一方要与另一方联系时就发送一个初始序号给对方，意思是：“让我们建立联系吧？”，服务方收到后要发个独立的序号给发送方，意思是“消息收到，数据流将以这个数开始。”由此可看出，TCP连接完全是双向的，即双方的数据流可同时传输。在传输过程中双方数据是独立的，因此每个TCP连接必须有两个顺序号分别对应不同方向的数据流。

　　32位确认序号：也称为应答号（Acknowledgment Number），简写为ACK。在握手阶段，确认序号将发送方的序号加1作为回答，在数据传输阶段，确认序号将发送方的序号加发送的数据大小作为回答，表示确实收到这些数据。在第三组的分析中将看到这一过程。

　　4位首部长度：这个字段占4位，它的单位时32位（4个字节）。本例值为7，TCP的头长度为28字节，等于正常的长度2 0字节加上可选项8个字节。，TCP的头长度最长可为60字节（二进制1111换算为十进制为15，15*4字节=60字节）。

　　6个标志位。

　　URG 紧急指针，告诉接收TCP模块紧要指针域指着紧要数据

　　ACK 置1时表示确认号（为合法，为0的时候表示数据段不包含确认信息，确认号被忽略。

　　PSH 置1时请求的数据段在接收方得到后就可直接送到应用程序，而不必等到缓冲区满时才传送。

　　RST 置1时重建连接。如果接收到RST位时候，通常发生了某些错误。

SYN 置1时用来发起一个连接。

　　FIN 置1时表示发端完成发送任务。用来释放连接，表明发送方已经没有数据发送了。

　　图13的3个图分别为3-5行TCP协议的头信息，这三行是三次握手的过程，我们看看握手的过程标志位发生了什么？

　　如图13-1请求端208号机发送一个初始序号（SEQ）987694419给1号机。标志位SYN置为1。

　　如图13-2服务器1号机收到这个序号后，将应答信号（ACK）和随机产生一个初始序号（SEQ）1773195208发回到请求端208号机，因为有应答信号和初始序号，所以标志位ACK和SYN都置为1。

　　如图13-3请求端208号机收到1号机的信号后，发回信息给1号机。标志位ACK置为1，其它标志为都为0。注意此时SYN值为0，SYN是标示发起连接的，上两部连接已经完成。 


 

16位窗口大小：TCP的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。窗口大小为字节数，起始于确认序号字段指明的值，这个值是接收端正期望接收的字节。窗口大小是一个16字节字段，因而窗口大小最大为6 5 5 3 5字节。

　　16位检验和：检验和覆盖了整个的TCP报文段： TCP首部和TCP数据。这是一个强制性的字段，一定是由发端计算和存储，并由收端进行验证。

　　16位紧急指针：只有当U R G标志置1时紧急指针才有效。紧急指针是一个正的偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。

　　选项：图13-1和图13-2有8个字节选项，图13-3没有选项。最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS (Maximum Segment Size)。每个连接方通常都在握手的第一步中指明这个选项。它指明本端所能接收的最大长度的报文段。图13-1可以看出208号机可以接受的最大字节数为1460字节，1460也是以太网默认的大小，在第三组的数据分析中可以看到数据传送正是以1460字节传送的。
小结

　　上面我们分开讲了三次握手，看着有点散，现在小结一下。 
 
第三组 数据传输

　　1）下图显示的是57-60行的数据 

 
2）解释数据包

　　这四行数据是数据传输过程中一个发送一个接收的过程。

　　前文说过，TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。当接收端收到来自发送端的信息时，接受端要发送一条应答信息，表示收到此信息。数据传送时被TCP分割成认为最适合发送的数据块。一般以太网在传送时TCP将数据分为1460字节。也就是说数据在发送方被分成一块一块的发送，接受端收到这些数据后再将它们组合在一起。

　　57行显示1号机给208号机发送了大小为1514字节大小的数据，注意我们前文讲过数据发送时是层层加协议头的，1514字节=14字节以太网头 + 20字节IP头 + 20字节TCP头 + 1460字节数据58行显示的应答信号ACK为：1781514222，这个数是57行得SEQ序号1781512762加上传送的数据1460，208号机将这个应答信号发给1号机说明已收到发来的数据。

　　59、60行显示的是继续传送数据的过程。

　　这个过程就像我向张三借书，借给我几本我要说：“我已借了你几本了。”，他说：“知道了”。

　　3）头信息

　　图15-1和图15-2分别是57行和58行的头信息，解释参考第二组。 



2）解释数据包

　　93-96是两机通讯完关闭的过程。

　　建立一个连接需要三次握手，而终止一个连接要经过4次握手。这是因为一个TCP连接是全双工（即数据在两个方向上能同时传递），每个方向必须单独地进行关闭。4次握手实际上就是双方单独关闭的过程。

　　本例文件下载完后，关闭浏览器终止了与服务器的连接图16的93-96行显示的就是终止连接所经过4次握手过程。

　　93行数据显示的是关闭浏览器后，如图17-1所示208号机将FIN置1连同序号(SEQ)987695574发给1号机请求终止连接。

　　94行数据和图17-2显示1号机收到FIN关闭请求后，发回一个确认，并将应答信号设置为收到序号加1，这样就终止了这个方向的传输。

　　95行数据和图17-3显示1号机将FIN置1连同序号(SEQ)1773196056发给208号机请求终止连接。

　　96行数据和图17-4显示208号机收到FIN关闭请求后，发回一个确认，并将应答信号设置为收到序号加1，至此TCP连接彻底关闭。

　　3）头信息 


 
 
 

 
如图20是ping通的情况。

　　如图21是ping不通该计算机不存在的情况。从图可以看出ARP请求没有回应。

　　如图22是ping不通，该计算机存在但安装了防火墙的情况。从图可以看出ARP请求有回应。但ICMP请求没回应。

从分析可以看出虽然后两种情况的表面现象是一样的，但实质确是截然相反的。通过头信息可以清楚的看出PING是ICMP协议来完成的，通讯过程是在第三层完成的，没有用到第四层的TCP协议。 
 

 

七、后记

　　本文不是个教程，许多问题都没有涉及到，比如TCP重发、IP分解、路由等，只是提出个学习思路，希望能起到抛砖引玉的作用。TCP/IP协议族是非常复杂的，但只要理解了还是不难学的。最后向感兴趣的朋友提个问题：分别telnet三台机器，一台正常23端口开放，一台网是通的但23端口没开放，另外一台是不存在的。用我们学过的方法跟踪一下，比较三个的不同。其实这就是用TCP扫描判断对方机器是否在线的一种方法。

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