【极客思考】计算机网络：Wireshark抓包分析TCP中的三次握手与四次挥手

【摘要】本文重点分析计算机网络中TCP协议中的握手和挥手的过程。

【前提说明】

前段时间突然看到了一篇关于TCP/IP模型的文章，心想这段时间在家里也用wireshark抓了点包，那么想着想着就觉得需要复习一下网络知识，于是就有这篇博文的诞生。当然网上关于TCP相关的知识点也是芸芸，闲着无事也可以多google深入理解一下，本文重点在分析TCP协议中的握手和挥手的过程。

【抓包前准备】

既然要抓包，我的装备是个人电脑，操作系统是Mac OS。抓包工具是wireshark，至于怎么安装和一些基本的操作，可以点击参考这篇文章。

用本地电脑模拟server和client，都是localhost的地址，但是我选择的是不同的端口进行标识。server的端口号：12345；client的端口号：50784。因为是用的本机做的实验，所以wireshark监听的不是网卡而是Loopback:lo0,如图所示：

以下是我模拟client和server的代码：

1）server端

-Python 代码
01
#! /usr/bin/python
02
# -*- coding: utf-8 -*-
03
 
04
import socket
05
 
06
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
07
 
08
server_address = ('127.0.0.1', 12345)
09
print "Starting up on %s:%s" % server_address
10
sock.bind(server_address)
11
 
12
sock.listen(1)
13
 
14
while True:
15
    print "Waiting for a connection"
16
    connection, client_address = sock.accept()
17
 
18
    try:
19
        print "Connection from", client_address
20
 
21
        data = connection.recv(1024)
22
        print "Receive '%s'" % data
23
    finally:
24
        connection.close()

2）client端-Python 代码

01
# /usr/bin/python
02
# -*- coding: utf-8 -*-
03
 
04
import socket
05
 
06
def check_tcp_status(ip, port):
07
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
08
 
09
    server_address = (ip, port)
10
    print 'Connecting to %s:%s.' % server_address
11
    sock.connect(server_address)
12
 
13
    message = "I'm TCP client"
14
    print 'Sending "%s".' % message
15
    sock.sendall(message)
16
 
17
    print 'Closing socket.'
18
    sock.close()
19
 
20
 
21
if __name__ == "__main__":
22
    print check_tcp_status("127.0.0.1", 12345)

代码比较简单，就是模拟了一次链接，可以多次执行client，client只要链接成功就会发送一句话“I'm TCP client”,server一直死循环监听端口，并将接受到的信息打印到console中。

【结果分析】

看到上面的console输出之后，我们看一下wireshark抓到的结果：

我用两种颜色标了出来，可以看到黄色框中的序号为1、2、3的三次通信过程其实就是我们说的三次握手；握手建立之后的序号为4、5、6便为传输数据的过程；而序号7、8、9、10就是我们所说的四次挥手的过程。

我们再进一步细看下握手、挥手这俩过程。

三次握手

 

我们来总结一下握手的规律：

• 第一次握手：建立链接。客户端发送链接的请求，发送SYN报文，将Seq设置为0。然后客户端就进入了SYN_SEND状态，等待服务器的确认。
• 第二次握手：服务器收到客户端的SYN报文段。需要对这个SYN报文段进行确认，发送ACK报文，并将Ack设置为1。同时，自己也要发送SYN请求信息，将Seq设置为0,。服务器将上述的所有信息一并发送给客户端，此时服务器进入SYN_RECV状态。
• 第三次握手：客户端收到服务器的ACK和SYN报文后，进行确认，然后将Ack设置为1，Seq设置为1，向服务器发送ACK报文段，这个报文段发送完毕之后，客户端和服务器都进入了ESTABLISHED状态。就此完成了TCP的三次握手。

四次挥手

 

接着总结下挥手的规律：

• 第一次挥手：客户端想服务器发送一个FIN报文段，将设置Seq为15和Ack为1。此时客户端进入FIN_WAIT_1状态。这表示客户端没有数据要发送服务器了，请求关闭连接。
• 第二次挥手：服务器收到了客户端发送的FIN报文段，向客户端回一个ACK报文段，Ack设置为16，Seq设置为1；服务器进入了CLOSE_WAIT状态，客户端收到服务器返回的ACK报文之后随即进入FIN_WAIT_2状态。
• 第三次挥手：服务器会观察自己是否还有数据没有发送给客户端，如果有，先把数据发送给客户端，再发送FIN报文；如果没有，那么服务器直接发送FIN报文给客户端。请求关闭连接，同时服务器进入LAST_ACK状态。
• 第四次挥手：客户端收到服务器发送的FIN报文，向服务器发送ACK报文，将Seq设置为16，Ack设置为2，然后客户端进入TIME_WAIT状态；服务器收到客户端的ACK报文之后就关闭了连接；此时，客户端等待2msl后依然没有收到回复，则证明服务器已正常关闭，客户端也可以关闭连接了。

注意个规律： 每次一方返回ACK报文的时候，设置Ack=对方传来的Seq值+1。

【理解TCP/IP模型】

说完TCP协议之后，不能免俗的要聊一下TCP/IP协议模型，该模型是计算机网络的经典的模型了。该模型由OSI模型演化而来，由原来的7层简化为了5层，具体如下图所示：

TCP/IP协议被称为传输控制协议/互联网协议，又称网络通讯协议(Transmission Control Protocol)。是由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成，是一个很大的协议集合。

• 物理层和数据链路层没有定义任何特定协议，支持所有的标准和专用的协议。
• 网络层定义了网络互联也就是IP协议，主要包括IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP。
• 传输层定义了TCP和UDP(User Datagram Protocol)，我们会后面重点介绍一下TCP协议。
• 应用层定义了HTTP(超文本传输协议)、FTP(文件传输协议)、DNS(域名系统)等协议。

TCP/IP的网络模型分层思想算是非常有借鉴性的系统分层思想。映射到我们的软件系统上来看，其实我们的软件系统更多的时候也需要考虑分层，层次之间通过接口来交互。在严格的分层系统里，内部的层只对相邻的层次可见，这样就可以将一个复杂问题分解成增量步骤序列。由于每一层最多只影响两层，也给维护带来了很大的便利。

参考资料：

http://www.cnblogs.com/linyfeng/p/9496126.html

http://zhuanlan.zhihu.com/p/33797520

blog.csdn.net/zhzdeng/article/details/53490386

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