计算机网络 - TCP 实战：如何进行 TCP 抓包调试？

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Wireshark 是世界上应用最广泛的网络协议分析器，它让我们在微观层面上看到整个网络正在发生的事情。

Wireshark 本身是一个开源项目，所以也得到了很多志愿者的支持。同时，Wireshark 具有丰富的功能集，包括：

深入检查数百个协议，并不断添加更多协议；
实时捕获和离线分析；
支持 Windows、Linux、macOS、Solaris、FreeBSD、NetBSD，以及许多其他平台；
提供 GUI 浏览，也可以通过 TTY；
支持 VOIP；
支持 Gzip；
支持 IPSec。

……

Wireshark 的主页：https://www.wireshark.org/download.html下载 Wireshark

那如何通过wireshark进行 TCP 抓包和调试？

接口列表

Whireshark 可以帮你看到整个网络交通情况，也可以帮你深入了解每个封包。而且 Whireshark 在 macOS、Linux、Windows 上的操作都是一致的，打开 Wireshark 会先看到如下图所示的一个选择网络接口的界面。

我们要做的第一件事情就是选择一个网络接口（Network Interface）。Linux 下可以使用ifconfig指令看到所有的网络接口，Windows 下则使用 ipconfig。可以看到，上图中有很多网络接口，目前我连接路由器的接口是以太网 2。

开启捕获功能

选择好接口之后，点击左上角的按钮就可以开启捕获，开启后看到的是一个个数据条目。

因为整个网络的数据非常多，大量的应用都在使用网络，你会看到非常多数据条目，每个条目是一次数据的发送或者接收。如下图所示：

以下是具体捕获到的内容：

序号（No.）是 Wireshark 分配的一个从捕获开始的编号。
时间（Time）是从捕获开始过去的时间戳，具体可以在视图中设置，比如可以设置成中文的年月日等。这里有很多配置需要你自己摸索一下，我就不详细介绍了。
源地址和目标地址（Source 和 Destination）是 IP 协议，注意这里有 IPv6 的地址，也有 IPV4 的地址。
协议可能有很多种，比如 TCP/UDP/ICMP 等，ICMP 是 IP 协议之上搭建的一个消息控制协议（Internet Control Message Protocol），比如 Ping 用的就是 ICMP；还有 ARP 协议（Address Resolution Protocol）用来在局域网广播自己的 MAC 地址。
Length 是消息的长度（Bytes）。
Info 是根据不同协议显示的数据，比如你可以看到在TCP 协议上看到Seq 和 ACK。这里的 Seq 和 ACK 已经简化过了，正常情况下是一个大随机数，Whireshark 帮你共同减去了一个初始值。

观察 TCP 协议

如果你具体选择一个 TCP 协议的捕获，可以看到如下图所示的内容：

然后在这下面可以观察到详情内容：

我们可以从不同的层面来看这次捕获。从传输层看是 TCP 段；从网络层来看是 IP 封包；从链路层来看是 Frame。

点开不同层面观察这个 TCP 段，就可以获得对它更具体的认识，例如下图是从 TCP 层面理解这次捕获：

你可以看到这次捕获是一次 ACK（见 Flags）字段，从端口 58260 发往 443，那么大概率是 HTTPS 客户端给服务器的响应。

消息视图

如果你选中一条消息，下面会出现一个消息视图。还有一个二进制视图。二进制视图里面是数据的二进制形式，消息视图是对二进制形式的解读。

Whireshark 追溯的是最底层网卡传输的 Frame（帧），可以追溯到数据链路层。因此对二进制形式的解读，也就是我们的消息视图也要分层。因为对于同样的数据，不同层的解读是不同的。

最上面是 Frame 数据，主要是关注数据的收发时间和大小。
接着是数据链路层数据，关注的是设备间的传递。你可以在这里看到源 MAC 地址和目标 MAC 地址。
然后是网络层数据，IP 层数据。这里有 IP 地址（源 IP 地址和目标 IP 地址）；也有头部的 Checksum（用来纠错的）
最下面是传输层数据。也就是 TCP 协议。关注的是源端口，目标端口，Seq、ACK 等。
有的传输层上还有一个 TLS 协议，这是因为用 HTTPS 请求了数据。TLS 也是传输层。TLS 是建立在 TCP 之上，复用了 TCP 的逻辑。

观察 HTTP 协议

Wireshark 还可以用来观察其他的协议，比如说 HTTP 协议，下图是对 HTTP 协议的一次捕获：

可以看到，Wireshark 不仅仅捕获了应用层，还可以看到这次 HTTP 捕获对应的传输层、网络层和链路层数据。

过滤和筛选

Wireshark 还提供了捕获的过滤，我们只需要输入过滤条件，就可以只看符合条件的捕获。

比如我们想分析一次到百度的握手。首先开启捕获，然后在浏览器输入百度的网址，最后通过ping指令看下百度的 IP 地址，如下图所示：

看到IP 地址之后，我们在 Wireshark 中输入表达式，如下图所示：

这样看到的就是和百度关联的所有连接。上图中刚好是一次从建立 TCP 连接（3 次握手），到 HTTPS 协议传输握手的完整过程。你可以只看从192.168.1.5到14.215.177.39的请求。

首先是从客户端（192.168.1.5）发出的 SYN 和百度返回的 SYN-ACK，如下图所示：

然后是客户端返回给百度一个 ACK：

接下来是 HTTPS 协议开始工作（开始握手）：

可以看到 HTTPS 协议通过 TLSv1.2 发送了 Client Hello 到服务端。接下来是 Server 返回给客户端 ACK，然后再发送给客户端一个 Server Hello：

之后百度回传了证书：

最后开始交换密钥，直到 HTTPS 握手结束：

报文颜色

在抓包过程中，黑色报文代表各类报文错误；红色代表出现异常；其他颜色代表正常传输。

总结

Wireshark 是个强大的工具，支持大量的协议。还有很多关于 Wireshark 的能力，希望你可以进一步探索，如下图中鼠标右键一次捕获，可以看到很多选项，都是可以深挖的。

QA: 请你用自己最熟悉的语言，写一个 UDP 连接程序，然后用 Wireshark 抓包。

以 Java 为例，写了一个回声服务（即客户端发送什么服务段返回什么），以下是服务端程序：

    var socket = new DatagramSocket(8888);
    
    var buf = new byte[256];
    
    while (true) {
    
        DatagramPacket packet
    
                = new DatagramPacket(buf, buf.length);
    
        System.out.println("try receive...");
    
        socket.receive(packet);
    
        var address = packet.getAddress();
    
        int port = packet.getPort();
    
        packet = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, port);
    
        String received
    
                = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
    
        socket.send(packet);
    
    }

以下是客户端程序：

      var buf = "Hello".getBytes();
    
      var socket = new DatagramSocket();
    
      var address = InetAddress.getByName("localhost");
    
      var packet
    
              = new DatagramPacket(buf, buf.length, address, 8888);
    
      socket.send(packet);
    
      socket.receive(packet);
    
      String received = new String(
    
              packet.getData(), 0, packet.getLength());
    
      System.out.format("Server echo : %s\n", received);

通过观察上面两段程序，你会发现发送和接收的都是Datagram报文。而且服务端和客户端之间不需要建立连接。服务端可以通过读取客户端的地址区分客户端，客户端通过服务端地址和端口发送数据到服务端。

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