前言

大家好，我是Martin

后端，可以說是僅次于算法崗之外競爭最為激烈的崗位，而其中的服務(wù)端開發(fā)也是很多人會選擇在秋招中投遞的一個崗位，我想對于很多人來說，走上服務(wù)端開發(fā)之路的起點就是一個回聲服務(wù)器了。

今天帶大家實戰(zhàn)一把，真實體驗服務(wù)端底層數(shù)據(jù)交換的點點滴滴，在這過程中可以讓你看見?TCP 三次握手四次揮手的具體過程，全程干貨，不開玩笑。

環(huán)境工具

客戶端：Ubuntu 16.04 ，IP：192.168.78.128 ，簡稱為客戶端A

服務(wù)端：Ubuntu 16.04 ，IP：192.168.78.130，簡稱為服務(wù)端B

抓包利器-大白鯊??Wireshark ?以及 Linux 下的抓包命令 tcpdump

GCC：5.4.0

因為 Wireshark 的圖標(biāo)就很像一條大鯊魚的魚鰭，所以又叫大白鯊，不信你看看

大白鯊

三次握手與四次揮手

這里簡單介紹下 TCP 最經(jīng)典的三次握手與四次揮手

三次握手四次揮手

三次握手

1. 第一次握手：建立連接。客戶端發(fā)送連接請求報文段，將 SYN 位置為1，seq(Sequence Number) 為 x；然后，客戶端進(jìn)入 SYN_SEND 狀態(tài)，等待服務(wù)端的確認(rèn)；

2. 第二次握手：服務(wù)端收到 SYN 報文段。服務(wù)端收到客戶端的 SYN 報文段，需要對這個SYN 報文段進(jìn)行確認(rèn)，設(shè)置 ack(Acknowledgment Number) 為 x+1 (也就是 seq+1)；同時，自己還要發(fā)送 SYN 請求信息，將 SYN 位置為1，seq 為 y；服務(wù)端將上述所有信息放到一個報文段（即 SYN+ACK 報文段）中，一并發(fā)送給客戶端，此時服務(wù)端進(jìn)入 SYN_RECV 的狀態(tài)；

3. 第三次握手：客戶端收到服務(wù)端的 SYN+ACK 報文段。然后將ack設(shè)置為y+1，向服務(wù)端發(fā)送ACK報文段，這個報文段發(fā)送完畢以后，客戶端和服務(wù)端端都進(jìn)入 ESTABLISHED 狀態(tài)，完成TCP三次握手。

數(shù)據(jù)交互

成功建立連接后，客戶端與服務(wù)端就開始進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)端回復(fù)收到該數(shù)據(jù)，然后交替進(jìn)行下去。

四次揮手

當(dāng)客戶端和服務(wù)端通過三次握手建立 TCP 連接進(jìn)行可靠數(shù)據(jù)傳輸后，當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完畢，肯定是要斷開TCP連接，這里就有了神秘的“四次揮手”。

1. 第一次揮手：客戶端設(shè)置 seq和ack，向服務(wù)端發(fā)送一個FIN報文段；此時，客戶端進(jìn)入 FIN_WAIT_1 狀態(tài)；這表示客戶端沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送給服務(wù)端了；

2. 第二次揮手：服務(wù)端收到了客戶端發(fā)送的FIN報文段，向客戶端回一個 ACK 報文段，ack 為 seq+1；客戶端進(jìn)入 FIN_WAIT_2 狀態(tài)；服務(wù)端告訴客戶端，我“同意”你的關(guān)閉請求；

3. 第三次揮手：服務(wù)端向客戶端發(fā)送 FIN 報文段，請求關(guān)閉連接，同時服務(wù)端進(jìn)入 LAST_ACK 狀態(tài)；

4. 第四次揮手：客戶端收到服務(wù)端發(fā)送的 FIN 報文段，向服務(wù)端發(fā)送 ACK 報文段，然后客戶端進(jìn)入 TIME_WAIT狀態(tài)；服務(wù)端收到客戶端的 ACK 報文段以后，就關(guān)閉連接；此時，客戶端等待 2MSL 后依然沒有收到回復(fù)，則證明服務(wù)端已正常關(guān)閉，那好，客戶端也可以關(guān)閉連接了。

思路整理

這里主要使用的是尹圣雨[韓]的著作《TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程》第 4 章中的簡易版回聲服務(wù)器來進(jìn)行實驗。

所謂回聲服務(wù)端，就像小時候在回聲山谷中玩的游戲一樣，你朝山谷中大吼一聲“啊”，然后山谷也會給你一個“啊”?；芈暦?wù)端就是你向服務(wù)端發(fā)送一個“hello world”，回聲服務(wù)端也向你回復(fù)一個“hello world”。

1、將客戶端程序 echo_client.c 放在客戶端 A 中，將服務(wù)端程序 echo_server.c 放在服務(wù)端 B 中

2、在客戶端 A 中開啟一個命令行窗口，使用 tcpdump 命令監(jiān)控 A、B 之間的網(wǎng)絡(luò)通信，并將消息保存為 pacp 文件，方便后續(xù)進(jìn)行抓包分析

3、在服務(wù)端 B 中編譯程序 echo_server.c，開啟服務(wù)端程序 echo_server，監(jiān)聽指定端口 2333

這里的端口號可以自己指定，在 1025-65535 之間都可以，主要是因為0-1024已經(jīng)被系統(tǒng)占用了，比如http的80端口，ssh的22端口。而 Linux 下默認(rèn)端口數(shù)在65535個，所以自己可以指定的端口號就在1025-65535之間。

4、在客戶端 A 中編譯程序 echo_client.c，并且開啟客戶端程序 echo_client，指定通話 IP 以及端口號，我在這里就是服務(wù)端 B 的IP：192.168.78.130以及 2333 端口號了

5、在客戶端 A 中發(fā)送消息“hello”，然后按 Q 退出即可

6、通信完畢，將 2 中保存的文件轉(zhuǎn)存到 Windows 環(huán)境下，使用大白鯊 Wireshark 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包分析。

7、分析抓到的數(shù)據(jù)包文件

開干

說了那么多，終于可以開始開干了！

1、將echo_client.c 、echo_server.c分別放在客戶端A:192.168.78.128 以及服務(wù)端B:192.168.78.130 中。

客戶端A

服務(wù)端B

2、 ?在客戶端A中新開一個命令行窗口，輸入命令：sudo tcpdump -i any tcp and host 192.168.78.130 and port 2333 -w message.pcap

1、由于tcpdump命令需要管理員權(quán)限，所以需要加上sudo命令進(jìn)而獲取管理員權(quán)限。

2、這段命令的大概含義就是監(jiān)控客戶端 A:192.168.78.128，和服務(wù)端?B:192.168.78.130 之間在端口號2333 上的基于TCP的數(shù)據(jù)交換，并且保存為 message.pcap 文件

tcpd數(shù)據(jù)包保存命令

可以看到，我們在輸入該條命令后，需要首先輸入 Linux 下的密碼獲取管理員權(quán)限，然后就開始監(jiān)聽客戶端 A：192.168.78.128，與服務(wù)端 B：192.168.78.130之間在端口號2333上的TCP通信了。

3、接下來，我們進(jìn)入含有 echo_server.c的文件夾，將服務(wù)端B的程序進(jìn)行編譯，編譯命令為 gcc echo_server.c -o echo_server，可以看到當(dāng)前文件夾下出現(xiàn)了 echo_server 程序

編譯服務(wù)器程序

接下來，開始監(jiān)聽我們預(yù)先設(shè)置好的端口號 2333，命令為：./echo_server 2333，服務(wù)端開始正式監(jiān)聽。

運(yùn)行服務(wù)器程序

4、服務(wù)端 B 設(shè)置完畢，我們開始轉(zhuǎn)戰(zhàn)客戶端 A ，在 2 中使用 tcpdump 命令監(jiān)聽的那個端口號不要關(guān)閉，千萬不要關(guān)閉，我們在客戶端 A 中另外新開一個命令行。

跟服務(wù)端 B 中類似，首先將客戶端 A 中的程序echo_client.c進(jìn)行編譯，編譯命令：gcc echo_client.c -o echo_client

編譯客戶端程序

跟服務(wù)端 B 中類似，我們在客戶端 A 中開啟客戶端程序echo_client，指定通話IP :192.168.78.130及端口號 2333

命令為./echo_client 192.168.78.130 2333

運(yùn)行客戶端程序

可以看到出現(xiàn) “Connected…..”字樣，說明我們已經(jīng)走完長征兩萬五千公里，成功會師啦！

客戶端 A 與服務(wù)端 B 終于成功連接了，這個時候我們再轉(zhuǎn)去看一下服務(wù)端 B 的狀態(tài)。

服務(wù)器程序狀態(tài)

在服務(wù)端 B 的監(jiān)聽窗口也出現(xiàn)了“Connect client 1”字樣，換句話說，在服務(wù)端看來，有一個客戶端與它成功建立連接了。

5、下一步就可以開始通信了，我們在客戶端 A 中發(fā)送“hello”字樣。

在客戶端A發(fā)送消息

可以看到，我們在客戶端 A 中發(fā)送了一條消息“hello”, 服務(wù)端 B 也給了我們一個消息“hello”，這也就是我們上文中提到的回聲服務(wù)端了。

接下來，我們按照提示，輸入“Q”結(jié)束本次通話。

退出客戶端A

至此，本次通話結(jié)束。

6、最后我們在 2 中開啟 tcpdump 命令監(jiān)控的界面中，按下 ctrl+ c ，結(jié)束監(jiān)聽。

保存抓包文件

可以看到，提示我們一共成功捕獲了10 個packets，沒有數(shù)據(jù)包丟失。接下來，我們將捕獲文件 message.pacp傳輸?shù)?Windows 下開始進(jìn)行抓包分析。

抓包分析

可以看出一共 10 個數(shù)據(jù)包，也對應(yīng)了上文中我們在 Linux 下通過tcpdump命令抓到的數(shù)據(jù)包個數(shù)。其中序號 1-3 為三次握手的數(shù)據(jù)包，序號 4-7 為兩次數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)包，8-10 為三次揮手的數(shù)據(jù)包。

抓到的10個數(shù)據(jù)包

問題1：4-7 為什么是兩次數(shù)據(jù)交換呢？

回答1：我們的回聲服務(wù)端就是你發(fā)送什么數(shù)據(jù)過去，服務(wù)端發(fā)送什么數(shù)據(jù)回來，所以第一次數(shù)據(jù)交換：客戶端A發(fā)送數(shù)據(jù)”hello“到服務(wù)端B，B回復(fù) 確認(rèn)收到。這也對應(yīng)著4、5數(shù)據(jù)包；第二次數(shù)據(jù)交換：服務(wù)端B發(fā)送數(shù)據(jù)”hello“到客戶端A，A回復(fù) 確認(rèn)收到。這也對應(yīng)著6、7數(shù)據(jù)包。

問題2：說好的四次揮手呢？這里怎么只有三次了？

回答2：?因為服務(wù)端收到客戶端的 FIN 后，服務(wù)端也可以同時關(guān)閉連接，這樣就可以把 ACK 和 FIN 兩個包合并到一起發(fā)送，這樣可以節(jié)省一個網(wǎng)絡(luò)包，“四次揮手”變成了“三次揮手”。這樣可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，省時又省力。而通常情況下，服務(wù)端收到客戶端的 FIN 后，很可能還沒發(fā)送完數(shù)據(jù)，所以就會先回復(fù)客戶端一個ACK 包，完成所有數(shù)據(jù)包的發(fā)送后，才會發(fā)送 FIN 包，也就是“四次揮手“了。

三次握手過程

三次揮手過程

第一次握手，序號為1，客戶端A：192.168.78.128 向服務(wù)端B：192.168.78.130 發(fā)送SYN請求包，seq為1796975076。

第二次握手，序號為2，服務(wù)端 B：192.168.78.130 向客戶端A：192.168.78.128 發(fā)送 SYN、ACK 請求回復(fù)包，seq為1222412335，ack為1796975077，也就是第一次握手中的 seq+1。

第三次握手，序號為3，客戶端A：192.168.78.128 向服務(wù)端B：192.168.78.130 發(fā)送 ACK 確認(rèn)包，seq為1796975077，ack為為1222412336，也就是第二次握手中的 seq+1。

兩次數(shù)據(jù)交互過程

第一次數(shù)據(jù)交互：

第一次數(shù)據(jù)交互

序號為4，客戶端A：192.168.78.128 向服務(wù)端B：192.168.78.130 發(fā)送 push 消息包，可以看到下方的數(shù)據(jù)解析為“hello”，并且數(shù)據(jù)長度 len = 6。

可能有些小伙伴問“hello不是一共5個字符嗎？長度應(yīng)該為5啊?！眑en = 6是因為“hello“長度為5，再加上結(jié)尾的‘\0’，加起來一共就是6了

序號為5，服務(wù)端B：192.168.78.130 向客戶端A：192.168.78.128 發(fā)送 ACK 確認(rèn)包，表示已經(jīng)收到該消息。

第二次數(shù)據(jù)交互：

第二次數(shù)據(jù)交互

序號為6，服務(wù)端B：192.168.78.130 客戶端A：192.168.78.128發(fā)送push消息包，可以看到下方的數(shù)據(jù)解析為“hello”，并且 len = 6。

序號為7，客戶端A：192.168.78.128 向服務(wù)端B：192.168.78.130 ?發(fā)送ACK確認(rèn)包，表示已經(jīng)收到該消息。

三次揮手過程

正式的四次揮手如下圖所示：

標(biāo)準(zhǔn)的四次揮手

我們所抓到的三次揮手如下所示：

我們抓包抓到的三次揮手

第一次揮手，序號為8：客戶端A：192.168.78.128 向服務(wù)端B：192.168.78.130 ?發(fā)送 FIN 請求斷開連接包，表示主動請求斷開鏈接。

第二三次揮手，序號為9：服務(wù)端B：192.168.78.130 向 ?客戶端A：192.168.78.128發(fā)送 FIN、ACK 確認(rèn)并請求斷開消息包，表示收到上次斷開連接的請求，并請求斷開服務(wù)端到客戶端的鏈接。

可以看出，我們所抓的包中，將第二次揮手和第三次揮手合并為一個數(shù)據(jù)包了，也就是192.168.78.130->192.168.78.128的包中既有FIN也有ACK，所以這也是三次揮手而不是四次揮手的原因。

第四次揮手，序號為 10：客戶端A：192.168.78.128 向服務(wù)端B：192.168.78.130 ?發(fā)送 ACK 確認(rèn)包，表示收到服務(wù)端發(fā)送過來的請求斷開連接消息，并給予回復(fù)。

結(jié)語

學(xué)會將自己所學(xué)的知識串聯(lián)起來是你邁向大佬的必經(jīng)之路

。

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巨人的肩膀

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《TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程》- 尹圣雨[韓]

《Wireshark網(wǎng)絡(luò)分析就這么簡單》- 林沛滿

《Wireshark網(wǎng)絡(luò)分析的藝術(shù)》- 林沛滿

《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-自頂向下方法》- ames F. Kurose、Keith W. Ross

《TCP/IP詳解 卷1：協(xié)議》- kevin R.Fall W.Richard Stevens

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