• 通过TCP回射服务器分析TCP协议基本流程(一)

    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     do
13     {
14         perror(exp);
15         exit(EXIT_FAILURE);
16     }while(0)
17 
18 #define BUFSIZE 1024
19 
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] = {0};
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     do
13     {
14         perror(exp);
15         exit(EXIT_FAILURE);
16     }while(0)
17 
18 #define BUFSIZE 1024
19 
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
", 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

    package

    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

    • 107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”
    • 109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=1
      • 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
        • SYN消息和FIN消息会使seq增长1
        • 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
    • 110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，

    107,109，110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

    • 111号数据包由客户端发往服务端，PSH，ACK置位，seq=1，ack=1，len=12
    • 112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
    • 113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=12,
      • 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
    • 115号包，由客户端发往服务端，ACK置位，seq=13，ack=13，表明客户端成功接收了服务端回射的数据

    111,112,113,115四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

    • 119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
    • 121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
    • 123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
    • 124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)

    119,121,123,124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
  • 相关阅读:
    Java中如何设置表格处于不可编辑状态
    Android界面实现不成功（无报错）
    Eclipse网页报错
    【蓝桥杯】基础练习 十六进制转八进制 Java语言
    分析算法的复杂度
    Android Studio安装错误及解决办法
    Android程序报错以及解决办法
    Genymotion安装使用(配合Android Studio)
    Eclipse导入本地项目并运行
    蓝桥杯Java——安装软件Eclipse以及JDK
  • 原文地址：https://www.cnblogs.com/current/p/4051313.html
Copyright © 2020-2023  润新知