如果你正在读这篇文章,很可能你对TCP“非著名”的“三次握手”或者说“SYN,SYN/ACK,ACK”已经很熟悉了。不幸的是,对很多人来说,对TCP的学习就仅限于此了。尽管年代久远,TCP仍是一个相当复杂并且值得研究的协议。这篇文章的目的是让你能够更加熟练的检查Wireshark中的TCP序列号和确认号

在我们开始之前,确保在Wireshark中打开示例(请到作者原文中下载)并亲自实践一下

示例中仅包含一个单独的HTTP请求,请求的流程是:web浏览器向web服务器请求一个单独的图片文件,服务器返回一个成功的响应(HTTP/1.1200 OK),响应中包含请求的文件。右键示例文件中任意一个TCP包并且选择Follow TCP Stream就可在单独的窗口查看原始的TCP流

理解TCP序列号(Sequence Number)和确认号(Acknowledgment Number)-金笛子企业电子期刊

客户端请求使用红色显示,服务端响应使用蓝色显示

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TCP三次握手(参见:http://blog.csdn.net/a19881029/article/details/30241561

TCP在其协议头中使用大量的标志位或者说1位(bit)布尔域来控制连接状态,我们最感兴趣的3个标志位如下:

SYN - 创建一个连接

FIN -  终结一个连接

ACK - 确认接收到的数据

就像我们看见的那样,一个包中有可以设置多个标志位

选择Wireshark中的“包”1并且展开中间面板的TCP层解析,然后展开TCP头中的标志位域,这里我们可以看见所有解析出来的TCP标志位,需要注意的是,“包1”设置了SYN标志位

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使用同样的方式操作“包2”。可以看到"包2"设置了2个标志位:ACK - 用来确认收到客户端的SYN包,SYN - 用来表明服务端也希望建立TCP连接

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从客户端发来的“包3”只设置了ACK标志位。这3个包完成了最初的TCP3次握手

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序列号和确认号

TCP会话的每一端都包含一个32位(bit)的序列号,该序列号被用来跟踪该端发送的数据量。每一个包中都包含序列号,在接收端则通过确认号用来通知发送端数据成功接收

当某个主机开启一个TCP会话时,他的初始序列号是随机的,可能是0和4,294,967,295之间的任意值,然而,像Wireshark这种工具,通常显示的都是相对序列号/确认号,而不是实际序列号/确认号,相对序列号/确认号是和TCP会话的初始序列号相关联的。这是很方便的,因为比起真实序列号/确认号,跟踪更小的相对序列号/确认号会相对容易一些

比如,在“包1”中,最初的相对序列号的值是0,但是最下方面板中的ASCII码显示真实序列号的值是0xf61c6cbe,转化为10进制为4129057982

如果想要关闭相对序列号/确认号,可以选择Wireshark菜单栏中的 Edit -> Preferences ->protocols ->TCP,去掉Relative sequence number后面勾选框中的√即可

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需要注意的是,文章接下来的部分依然使用相对序列号/确认号

为了更好的理解在整个TCP会话期间,TCP序列号和确认号是如何工作的,我们可以使用Wireshark内置的绘制流功能,选择菜单栏中的 Statistics ->Flow Graph...->TCP flow ->OK

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Wireshark会自动创建一个TCP流的图形摘要

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每行代表一个单独的TCP包,左边列显示时间,中间列显示包的方向、TCP端口、段长度和设置的标志位,右边列以10进制的方式显示相关序列号/确认号,在这里选中任意行会高亮主窗口中该行所关联的包

我们可以利用这个流图更好的理解序列号和确认号是如何工作的

包1

TCP会话的每一端的序列号都从0开始,同样的,确认号也从0开始,因为此时通话还未开始,没有通话的另一端需要确认(我使用的Wireshark版本和原作者不同,Wireshark1.10.2中,包1不显示确认号)

包2

服务端响应客户端的请求,响应中附带序列号0(由于这是服务端在该次TCP会话中发送的第一个包,所以序列号为0)和相对确认号1(表明服务端收到了客户端发送的包1中的SYN)

需要注意的是,尽管客户端没有发送任何有效数据,确认号还是被加1,这是因为接收的包中包含SYN或FIN标志位(并不会对有效数据的计数产生影响,因为含有SYN或FIN标志位的包并不携带有效数据)

包3

和包2中一样,客户端使用确认号1响应服务端的序列号0,同时响应中也包含了客户端自己的序列号(由于服务端发送的包中确认收到了客户端发送的SYN,故客户端的序列号由0变为1)

此时,通信的两端的序列号都为1,通信两端的序列号增1发生在所有TCP会话的建立过程中

包4

这是流中第一个携带有效数据的包(确切的说,是客户端发送的HTTP请求),序列号依然为1,因为到上个包为止,还没有发送任何数据,确认号也保持1不变,因为客户端没有从服务端接收到任何数据

需要注意的是,包中有效数据的长度为725字节

包5

当上层处理HTTP请求时,服务端发送该包来确认客户端在包4中发来的数据,需要注意的是,确认号的值增加了725(725是包4中有效数据长度),变为726,简单来说,服务端以此来告知客户端端,目前为止,我总共收到了726字节的数据,服务端的序列号保持为1不变

包6

这个包标志着服务端返回HTTP响应的开始,序列号依然为1,因为服务端在该包之前返回的包中都不带有有效数据,该包带有1448字节的有效数据

包7

由于上个数据包的发送,TCP客户端的序列号增长至726,从服务端接收了1448字节的数据,客户端的确认号由1增长至1449

在抓包文件的主体部分,我们可以看到上述过程的不断的重复,客户端的序列号一直是726,因为客户端除了最初的725字节数据没有再向服务端发送数据,服务端的序列号则与此相反,由于服务端不断的发送HTTP响应,故其序列号一直在增长

序列号为当前端成功发送的数据位数,确认号为当前端成功接收的数据位数,SYN标志位和FIN标志位也要占1位

关闭连接

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包38

在确认了服务端发送过来的最后一个数据段之后,客户端将处理整个HTTP响应并决定不需要进一步通信了。此时客户端发送设置了FIN标志位的包38,其确认号和之前的包37一样

包39

服务端通过将确认号加1的方式回应客户端期望关闭连接的请求(这里和包2中确认SYN标志位时所作的操作是一样的),同时设置当前包的FIN标志位

包40

客户端发送最终序列号727,通过将确认号加1的方式确认服务端的FIN包

此时,通信双方都终结了会话并且可以释放用于维持会话所占用的资源