tcpdump抓包分析詳解

tcpdump抓包分析詳解

1 起因

前段時間，一直在調線上的一個問題：線上應用接受POST請求，請求body中的參數獲取不全，存在丟失的狀況。這個問題是偶發性的，大概發生的幾率為5%-10%左右，這個概率已經相當高了。在排查問題的過程中使用到了tcpdump和Wireshark進行抓包分析。感覺這兩個工具搭配起來干活，非常完美。所有的網絡傳輸在這兩個工具搭配下，都無處遁形。

為了更好、更順手地能夠用好這兩個工具，特整理本篇文章，希望也能給大家帶來收獲。為大家之后排查問題，添一利器。

2 tcpdump與Wireshark介紹

在網絡問題的調試中，tcpdump應該說是一個必不可少的工具，和大部分linux下優秀工具一樣，它的特點就是簡單而強大。它是基于Unix系統的命令行式的數據包嗅探工具，可以抓取流動在網卡上的數據包。

默認情況下，tcpdump不會抓取本機內部通訊的報文。根據網絡協議棧的規定，對于報文，即使是目的地是本機，也需要經過本機的網絡協議層，所以本機通訊肯定是通過API進入了內核，并且完成了路由選擇。【比如本機的TCP通信，也必須要socket通信的基本要素：src ip port dst ip port】

如果要使用tcpdump抓取其他主機MAC地址的數據包，必須開啟網卡混雜模式，所謂混雜模式，用最簡單的語言就是讓網卡抓取任何經過它的數據包，不管這個數據包是不是發給它或者是它發出的。一般而言，Unix不會讓普通用戶設置混雜模式，因為這樣可以看到別人的信息，比如telnet的用戶名和密碼，這樣會引起一些安全上的問題，所以只有root用戶可以開啟混雜模式，開啟混雜模式的命令是：ifconfig en0 promisc, en0是你要打開混雜模式的網卡。

Linux抓包原理：

Linux抓包是通過注冊一種虛擬的底層網絡協議來完成對網絡報文(準確的說是網絡設備)消息的處理權。當網卡接收到一個網絡報文之后，它會遍歷系統中所有已經注冊的網絡協議，例如以太網協議、x25協議處理模塊來嘗試進行報文的解析處理，這一點和一些文件系統的掛載相似，就是讓系統中所有的已經注冊的文件系統來進行嘗試掛載，如果哪一個認為自己可以處理，那么就完成掛載。

當抓包模塊把自己偽裝成一個網絡協議的時候，系統在收到報文的時候就會給這個偽協議一次機會，讓它來對網卡收到的報文進行一次處理，此時該模塊就會趁機對報文進行窺探，也就是把這個報文完完整整的復制一份，假裝是自己接收到的報文，匯報給抓包模塊。

Wireshark是一個網絡協議檢測工具，支持Windows平臺、Unix平臺、Mac平臺，一般只在圖形界面平臺下使用Wireshark，如果是Linux的話，直接使用tcpdump了，因為一般而言Linux都自帶的tcpdump，或者用tcpdump抓包以后用Wireshark打開分析。

在Mac平臺下，Wireshark通過WinPcap進行抓包，封裝的很好，使用起來很方便，可以很容易的制定抓包過濾器或者顯示過濾器，具體簡單使用下面會介紹。Wireshark是一個免費的工具，只要google一下就能很容易找到下載的地方。

所以，tcpdump是用來抓取數據非常方便，Wireshark則是用于分析抓取到的數據比較方便。

3 tcpdump使用

3.1 語法

類型的關鍵字

host(缺省類型): 指明一臺主機，如：host 210.27.48.2

net: 指明一個網絡地址，如：net 202.0.0.0

port: 指明端口號，如：port 23

確定方向的關鍵字

src: src 210.27.48.2, IP包源地址是210.27.48.2

dst: dst net 202.0.0.0, 目標網絡地址是202.0.0.0

dst or src(缺省值)

dst and src

協議的關鍵字：缺省值是監聽所有協議的信息包

fddi

ip

arp

rarp

tcp

udp

其他關鍵字

gateway

broadcast

less

greater

常用表達式：多條件時可以用括號，但是要用轉義

非 : ! or “not” (去掉雙引號)

且 : && or “and”

或 : || or “or”

3.2 選項

3.3 命令實踐

1、直接啟動tcpdump，將抓取所有經過第一個網絡接口上的數據包

2、抓取所有經過指定網絡接口上的數據包

3、抓取所有經過 en0，目的或源地址是 10.37.63.255 的網絡數據：

4、抓取主機10.37.63.255和主機10.37.63.61或10.37.63.95的通信：

5、抓取主機192.168.13.210除了和主機10.37.63.61之外所有主機通信的數據包：

6、抓取主機10.37.63.255除了和主機10.37.63.61之外所有主機通信的ip包

7、抓取主機10.37.63.3發送的所有數據：

8、抓取主機10.37.63.3接收的所有數據：

9、抓取主機10.37.63.3所有在TCP 80端口的數據包：

10、抓取HTTP主機10.37.63.3在80端口接收到的數據包：

11、抓取所有經過 en0，目的或源端口是 25 的網絡數據

12、抓取所有經過 en0，網絡是 192.168上的數據包

13、協議過濾

14、抓取所有經過 en0，目的地址是 192.168.1.254 或 192.168.1.200 端口是 80 的 TCP 數據

15、抓取所有經過 en0，目標 MAC 地址是 00:01:02:03:04:05 的 ICMP 數據

16、抓取所有經過 en0，目的網絡是 192.168，但目的主機不是 192.168.1.200 的 TCP 數據

17、只抓 SYN 包

18、抓 SYN, ACK

19、抓 SMTP 數據，抓取數據區開始為”MAIL”的包，”MAIL”的十六進制為 0x4d41494c

20、抓 HTTP GET 數據，”GET “的十六進制是 0x47455420

21、抓 SSH 返回，”SSH-“的十六進制是 0x5353482D

22、高級包頭過濾如前兩個的包頭過濾，首先了解如何從包頭過濾信息：

23、抓 DNS 請求數據

24、其他-c 參數對于運維人員來說也比較常用，因為流量比較大的服務器，靠人工 CTRL+C 還是抓的太多，于是可以用-c 參數指定抓多少個包。

3.4 抓個網站練練

想抓取訪問某個網站時的網絡數據。比如網站 http://www.baidu.com/ 怎么做？

1、通過tcpdump截獲主機www.baidu.com發送與接收所有的數據包

2、訪問這個網站

3、想要看到詳細的http報文。怎么做？

4、分析抓取到的報文

4 tcpdump抓取TCP包分析

TCP傳輸控制協議是面向連接的可靠的傳輸層協議，在進行數據傳輸之前，需要在傳輸數據的兩端（客戶端和服務器端）創建一個連接，這個連接由一對插口地址唯一標識，即是在IP報文首部的源IP地址、目的IP地址，以及TCP數據報首部的源端口地址和目的端口地址。TCP首部結構如下：

注意：通常情況下，一個正常的TCP連接，都會有三個階段:1、TCP三次握手;2、數據傳送;3、TCP四次揮手

其中在TCP連接和斷開連接過程中的關鍵部分如下：

源端口號：即發送方的端口號，在TCP連接過程中，對于客戶端，端口號往往由內核分配，無需進程指定；

目的端口號：即發送目的的端口號；

序號：即為發送的數據段首個字節的序號；

確認序號：在收到對方發來的數據報，發送確認時期待對方下一次發送的數據序號；

SYN：同步序列編號，Synchronize Sequence Numbers；

ACK：確認編號，Acknowledgement Number；

FIN：結束標志，FINish；

4.1 TCP三次握手

三次握手的過程如下：

step1. 由客戶端向服務器端發起TCP連接請求。Client發送：同步序列編號SYN置為1，發送序號Seq為一個隨機數，這里假設為X，確認序號ACK置為0；

step2. 服務器端接收到連接請求。Server響應：同步序列編號SYN置為1，并將確認序號ACK置為X+1，然后生成一個隨機數Y作為發送序號Seq（因為所確認的數據報的確認序號未初始化）；

step3. 客戶端對接收到的確認進行確認。Client發送：將確認序號ACK置為Y+1，然后將發送序號Seq置為X+1（即為接收到的數據報的確認序號）；

為什么是三次握手而不是兩次對于step3的作用，假設一種情況，客戶端A向服務器B發送一個連接請求數據報，然后這個數據報在網絡中滯留導致其遲到了，雖然遲到了，但是服務器仍然會接收并發回一個確認數據報。但是A卻因為久久收不到B的確認而將發送的請求連接置為失效，等到一段時間后，接到B發送過來的確認，A認為自己現在沒有發送連接，而B卻一直以為連接成功了，于是一直在等待A的動作，而A將不會有任何的動作了。這會導致服務器資源白白浪費掉了，因此，兩次握手是不行的，因此需要再加上一次，對B發過來的確認再進行一次確認，即確認這次連接是有效的，從而建立連接。

對于雙方，發送序號的初始化為何值有的系統中是顯式的初始化序號是0，但是這種已知的初始化值是非常危險的，因為這會使得一些***鉆漏洞，發送一些數據報來破壞連接。因此，初始化序號因為取隨機數會更好一些，并且是越隨機越安全。

tcpdump抓TCP三次握手抓包分析：

sudotcpdump-n-S-ilo0host10.37.63.3andtcpport8080

# 接著再運行：

curlhttp://10.37.63.3:8080/atbg/doc

控制臺輸出：

每一行中間都有這個包所攜帶的標志：

S=SYN，發起連接標志。

P=PUSH，傳送數據標志。

F=FIN，關閉連接標志。

ack，表示確認包。

RST=RESET，異常關閉連接。

.，表示沒有任何標志。

第1行：16:00:13.486776，從10.37.63.3（client）的臨時端口61725向10.37.63.3（server）的8080監聽端口發起連接，client初始包序號seq為1944916150，滑動窗口大小為65535字節（滑動窗口即tcp接收緩沖區的大小，用于tcp擁塞控制），mss大小為16344（即可接收的最大包長度，通常為MTU減40字節，IP頭和TCP頭各20字節）。【seq=1944916150，ack=0，syn=1】

第2行：16:00:13.486850，server響應連接，同時帶上第一個包的ack信息，為client端的初始包序號seq加1，即1944916151，即server端下次等待接受這個包序號的包，用于tcp字節流的順序控制。Server端的初始包序號seq為1119565918，mss也是16344。【seq=1119565918，ack=1944916151，syn=1】

第3行：15:46:13.084161，client再次發送確認連接，tcp連接三次握手完成，等待傳輸數據包。【ack=1119565919，seq=1944916151】

4.2 TCP四次揮手

連接雙方在完成數據傳輸之后就需要斷開連接。由于TCP連接是屬于全雙工的，即連接雙方可以在一條TCP連接上互相傳輸數據，因此在斷開時存在一個半關閉狀態，即有有一方失去發送數據的能力，卻還能接收數據。因此，斷開連接需要分為四次。主要過程如下：

step1. 主機A向主機B發起斷開連接請求，之后主機A進入FIN-WAIT-1狀態；

step2. 主機B收到主機A的請求后，向主機A發回確認，然后進入CLOSE-WAIT狀態；

step3. 主機A收到B的確認之后，進入FIN-WAIT-2狀態，此時便是半關閉狀態，即主機A失去發送能力，但是主機B卻還能向A發送數據，并且A可以接收數據。此時主機B占主導位置了，如果需要繼續關閉則需要主機B來操作了；

step4. 主機B向A發出斷開連接請求，然后進入LAST-ACK狀態；

step5. 主機A接收到請求后發送確認，進入TIME-WAIT狀態，等待2MSL之后進入CLOSED狀態，而主機B則在接受到確認后進入CLOSED狀態；

為何主機A在發送了最后的確認后沒有進入CLOSED狀態，反而進入了一個等待2MSL的TIME-WAIT主要作用有兩個：

第一，確保主機A最后發送的確認能夠到達主機B。如果處于LAST-ACK狀態的主機B一直收不到來自主機A的確認，它會重傳斷開連接請求，然后主機A就可以有足夠的時間去再次發送確認。但是這也只能盡最大力量來確保能夠正常斷開，如果主機A的確認總是在網絡中滯留失效，從而超過了2MSL，最后也無法正常斷開；

第二，如果主機A在發送了確認之后立即進入CLOSED狀態。假設之后主機A再次向主機B發送一條連接請求，而這條連接請求比之前的確認報文更早地到達主機B，則會使得主機B以為這條連接請求是在舊的連接中A發出的報文，并不看成是一條新的連接請求了，即使得這個連接請求失效了，增加2MSL的時間可以使得這個失效的連接請求報文作廢，這樣才不影響下次新的連接請求中出現失效的連接請求。

為什么斷開連接請求報文只有三個，而不是四個因為在TCP連接過程中，確認的發送有一個延時（即經受延時的確認），一端在發送確認的時候將等待一段時間，如果自己在這段事件內也有數據要發送，就跟確認一起發送，如果沒有，則確認單獨發送。而我們的抓包實驗中，由服務器端先斷開連接，之后客戶端在確認的延遲時間內，也有請求斷開連接需要發送，于是就與上次確認一起發送，因此就只有三個數據報了。

5 Wireshark分析tcpdump抓包結果

1、啟動8080端口，tcpdump抓包命令如下：

tcpdump-ilo0-s0-n-Shost10.37.63.3andport8080-w./Desktop/tcpdump_10.37.63.3_8080_20160525.cap

# 然后再執行curl

curlhttp://10.37.63.3:8080/atbg/doc

2、使用Wireshark打開tcpdump_10.37.63.3_8080_20160525.cap文件

No. 1-4 行：TCP三次握手環節；

No. 5-8 行：TCP傳輸數據環節；

No. 9-13 行：TCP四次揮手環節；

3、順便說一個查看 http 請求和響應的方法：

彈窗如下圖所示，上面紅色部分為請求信息，下面藍色部分為響應信息：

以上是Wireshark分析tcpdump的簡單使用，Wireshark更強大的是過濾器工具，大家可以自行去多研究學習Wireshark，用起來還是比較爽的。

推薦幾個關于Wireshark的文章：

Wireshark基本介紹和學習TCP三次握手

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