用协议分析工具学习TCP/IP (上)

晃晃

1023 主题	3 听众	359 积分

设计实习生

Rank: 2

纳金币: 335582
精华: 0

电梯直达

楼主

发表于 2011-8-29 08:35:42 |只看该作者 |倒序浏览

一、前言

　　目前，网络的速度发展非常快，学习网络的人也越来越多，稍有网络常识的人都知道TCP/IP协议是网络的基础，是Internet的语言，可以说没有TCP/IP协议就没有互联网的今天。目前号称搞网的人非常多，许多人就是从一把夹线钳，一个测线器联网开始接触网络的，如果只是联

网玩玩，知道几个Ping之类的命令就行了，如果想在网络上有更多的发展不管是黑道还是红道，必须要把TCP/IP协议搞的非常明白。

　　学习过TCP/IP协议的人多有一种感觉，这东西太抽象了，没有什么数据实例，看完不久就忘了。本文将介绍一种直观的学习方法，利用协议分析工具学习TCP/IP，在学习的过程中能直观的看到数据的具体传输过程。

　　为了初学者更容易理解，本文将搭建一个最简单的网络环境，不包含子网。

二、试验环境

　　1、网络环境

　　如图1所示

图1

　　为了表述方便，下文中208号机即指地址为192.168.113.208的计算机，1号机指地址为192.168.113.1的计算机。

　　2、操作系统

　　两台机器都为Windows 2000 ，1号机机器作为服务器，安装FTP服务

　　3、协议分析工具

　　Windows环境下常用的工具有：Sniffer Pro、Natxray、Iris以及windows 2000自带的网络监视器等。本文选用Iris作为协议分析工具。

　　在客户机208号机安装IRIS软件。

三、测试过程

　　1、测试例子

　　将1号机计算机中的一个文件通过FTP下载到208号机中。

　　2、IRIS的设置

　　由于IRIS具有网络监听的功能，如果网络环境中还有其它的机器将抓很多别的数据包，这样为学习带来诸多不便，为了清楚地看清楚上述例子的传输过程首先将IRIS设置为只抓208号机和1号机之间的数据包。设置过程如下：

　　1)用热键CTRL+B弹出如图所示的地址表，在表中填写机器的IP地址，为了对抓的包看得更清楚不要添主机的名字（name）,设置好后关闭此窗口。

图2

　　2）用热键CTRL+E弹出如图所示过滤设置，选择左栏“IP address”，右栏按下图将address book中的地址拽到下面，设置好后确定，这样就这抓这两台计算机之间的包。

图3

　　3、抓包

　　按下IRIS工具栏中开始按钮。在浏览器中输入：FTP://192.168.113.1，找到要下载的文件，鼠标右键该文件，在弹出的菜单中选择“复制到文件夹”开始下载，下载完后在IRIS工具栏中按按钮停止抓包。图4显示的就是FTP的整个过程，下面我们将详细分析这个过程。

图4

　　说明：为了能抓到ARP协议的包，在WINDOWS 2000 中运行arp–d 清除arp缓存

四、过程分析

　　1、TCP/IP的基本原理

　　本文的重点虽然是根据实例来解析TCP/IP，但要讲明白下面的过程必须简要讲一下TCP/IP的基本原理。

　　1）网络是分层的，每一层分别负责不同的通信功能。

　　TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统，TCP/IP协议族是一组不同的协议组合在一起构成的协议族。尽管通常称该协议族为TCP/IP，但TCP和IP只是其中的两种协议而已，如表1所示。每一层负责不同的功能：


         TCP/IP层描述
         主要协议
         主要功能


         应用层
         HTTP、Telnet、FTP和E-mail等
         负责把数据传输到传输层或接收从传输层返回的数据


         传输层
         TCP和UPD
         主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信，TCP为两台主机提供可靠的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层，确认接收到的分组，设置发送最后确认分组的超时时钟等。UPD则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据能到达另一端。


         网络层
         ICMP、IP和IGMP
         有时称作互联网层，主要为数据包选择路由，其中IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP、UPD、ICMP及IGMP数据协议都以IP数据包格式传输。


         链路层
         ARP、RARP和设备驱动程序及接口卡
         发送时将IP包作为帧发送；接收时把接收到的位组装成帧；提供链路管理、错误检测等。


表1
　　分层的概念说起来非常简单，但在实际的应用中非常的重要，在进行网络设置和排除故障时对网络层次理解得很透，将对工作有很大的帮助。例如：设置路由是网络层IP协议的事，要查找MAC地址是链路层ARP的事，常用的Ping命令由ICMP协议来做的。

　　图5显示了各层协议的关系，理解它们之间的关系对下面的协议分析非常重要。

图5
　　2）数据发送时是自上而下，层层加码；数据接收时是自下而上，层层解码。

　　当应用程序用TCP传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络。其中每一层对收到的数据都要增加一些首部信息（有时还要增加尾部信息），该过程如图6所示。TCP传给IP的数据单元称作TCP报文段或简称为TCP段。I P传给网络接口层的数据单元称作IP数据报。通过以太网传输的比特流称作帧(Frame)。

　　数据发送时是按照图6自上而下，层层加码；数据接收时是自下而上，层层解码。

图6
　　3）逻辑上通讯是在同级完成的

　　垂直方向的结构层次是当今普遍认可的数据处理的功能流程。每一层都有与其相邻层的接口。为了通信，两个系统必须在各层之间传递数据、指令、地址等信息，通信的逻辑流程与真正的数据流的不同。虽然通信流程垂直通过各层次，但每一层都在逻辑上能够直接与远程计算机系统的相应层直接通信。

　　从图7可以看出，通讯实际上是按垂直方向进行的，但在逻辑上通信是在同级进行的。

图7
　　2、过程描述

　　为了更好的分析协议，我们先描述一下上述例子数据的传输步骤。如图8所示：

　　1)FTP客户端请求TCP用服务器的IP地址建立连接。

　　2)TCP发送一个连接请求分段到远端的主机，即用上述IP地址发送一份IP数据报。

　　3) 如果目的主机在本地网络上，那么IP数据报可以直接送到目的主机上。如果目的主机在一个远程网络上，那么就通过IP选路函数来确定位于本地网络上的下一站路由器地址，并让它转发IP数据报。在这两种情况下，IP数据报都是被送到位于本地网络上的一台主机或路由器。

　　4) 本例是一个以太网，那么发送端主机必须把32位的IP地址变换成48位的以太网地址，该地址也称为MAC地址，它是出厂时写到网卡上的世界唯一的硬件地址。把IP地址翻译到对应的MAC地址是由ARP协议完成的。

　　5) 如图的虚线所示，ARP发送一份称作ARP请求的以太网数据帧给以太网上的每个主机，这个过程称作广播。ARP请求数据帧中包含目的主机的IP地址，其意思是“如果你是这个IP地址的拥有者，请回答你的硬件地址。”

　　6) 目的主机的ARP层收到这份广播后，识别出这是发送端在寻问它的IP地址，于是发送一个ARP应答。这个ARP应答包含I P地址及对应的硬件地址。

　　7) 收到ARP应答后，使ARP进行请求—应答交换的IP数据包现在就可以传送了。

　　8) 发送IP数据报到目的主机。

图8

3、实例分析

　　下面通过分析用iris捕获的包来分析一下TCP/IP的工作过程，为了更清晰的解释数据传送的过程，我们按传输的不同阶段抓了四组数据，分别是查找服务器、建立连接、数据传输和终止连接。每组数据，按下面三步进行解释。

　　显示数据包

　　解释该数据包

　　按层分析该包的头信息
第一组查找服务器

　　1）下图显示的是1、2行的数据

图9
　　2）解释数据包

　　这两行数据就是查找服务器及服务器应答的过程。

　　在第1行中，源端主机的MAC地址是00:50:FC:22:C7:BE。目的端主机的MAC地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF，这个地址是十六进制表示的，F换算为二进制就是1111，全1的地址就是广播地址。所谓广播就是向本网上的每台网络设备发送信息，电缆上的每个以太网接口都要接收这个数据帧并对它进行处理，这一行反映的是步骤5）的内容，ARP发送一份称作ARP请求的以太网数据帧给以太网上的每个主机。网内的每个网卡都接到这样的信息“谁是192.168.113.1的IP地址的拥有者，请将你的硬件地址告诉我”。

　　第2行反映的是步骤6）的内容。在同一个以太网中的每台机器都会"接收"到这个报文，但正常状态下除了1号机外其他主机应该会忽略这个报文，而1号的主机的ARP层收到这份广播报文后，识别出这是发送端在寻问它的IP地址，于是发送一个ARP应答。告知自己的IP地址和MAC地址。第2行可以清楚的看出1号回答的信息__自己的MAC地址00:50:FC:22:C7:BE。

　　这两行反映的是数据链路层之间一问一答的通信过程。这个过程就像我要在一个坐满人的教室找一个叫“张三”的人，在门口喊了一声“张三”，这一声大家都听见了，这就叫广播。张三听到后做了回应，别人听到了没做回应，这样就与张三取得了联系。

　　3）头信息分析

　　如下图左栏所示，第1数据包包含了两个头信息：以太网（Ethernet）和ARP。

图10
　　下表2是以太网的头信息，括号内的数均为该字段所占字节数，以太网报头中的前两个字段是以太网的源地址和目的地址。目的地址为全1的特殊地址是广播地址。电缆上的所有以太网接口都要接收广播的数据帧。两个字节长的以太网帧类型表示后面数据的类型。对于ARP请求或应答来说，该字段的值为0806。

　　第2行中可以看到，尽管ARP请求是广播的，但是ARP应答的目的地址却是1号机的（00 50 FC 22 C7 BE）。ARP应答是直接送到请求端主机的。


         行
         以太网目的地址（6）
         以太网源地址（6）
         帧类型（2）


         1
         FF FF FF FF FF FF
         00 50 FC 22 C7 BE
         06 06


         2
         00 50 FC 22 C7 BE
         00 50 27 F6 50 53
         06 06


表2
　　下表3是ARP协议的头信息。硬件类型字段表示硬件地址的类型。它的值为1即表示以太网地址。协议类型字段表示要映射的协议地址类型。它的值为0800即表示IP地址。它的值与包含I P数据报的以太网数据帧中的类型字段的值相同。接下来的两个1字节的字段，硬件地址长度和协议地址长度分别指出硬件地址和协议地址的长度，以字节为单位。对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，它们的值分别为6和4。Op即操作（Opoperation），1是ARP请求、2是ARP应答、3是RARP请求和4为RARP应答，第二行中该字段值为2表示应答。接下来的四个字段是发送端的硬件地址、发送端的IP地址、目的端的硬件地址和目的端IP地址。注意，这里有一些重复信息：在以太网的数据帧报头中和ARP请求数据帧中都有发送端的硬件地址。对于一个ARP请求来说，除目的端硬件地址外的所有其他的字段都有填充值。

　　表3的第2行为应答，当系统收到一份目的端为本机的ARP请求报文后，它就把硬件地址填进去，然后用两个目的端地址分别替换两个发送端地址，并把操作字段置为2，最后把它发送回去。


         行
         硬件类型

         （2）
         协议类型

         （2）
         硬件地址

         长度（1）
         协议地址

         长度（1）
         Op

         （2）
         发送端以太网地址（6）
         发送端IP地址（4）
         目的以太网地址（6）
         目的IP地址（4）


         1
         00 00
         08 00
         06
         06
         00 01
         0050FC22C7BE
         C0A871D0
         000000000000
         C0A871D1


         2
         00 00
         08 00
         06
         06
         00 02
         005027F65053
         C0A871D1
         0050FC22C7BE
         C0A871D0


表3