计算机网络 - TCP/IP 学习 - 《后端知识点学习笔记》

TCP介绍
一、三次握手
二、四次挥手
三、流量控制
四、拥塞控制
五、Wireshark 分析TCP
六、实战
参考

TCP介绍

TCP 的保活机制

定义一个时间段，在这个时间段内，如果没有任何连接相关的活动，TCP 保活机制会开始作用，每隔一个时间间隔，发送一个「探测报文」，该探测报文包含的数据非常少，如果连续几个探测报文都没有得到响应，则认为当前的 TCP 连接已经死亡，系统内核将错误信息通知给上层应用程序。

#表示保活时间是 7200 秒（2小时），也就 2 小时内如果没有任何连接相关的活动，则会启动保活机制
net.ipv4.tcp_keepalive_time=7200
#表示每次检测间隔 75 秒；
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=75  
#表示检测 9 次无响应，认为对方是不可达的，从而中断本次的连接。
net.ipv4.tcp_keepalive_probes=9

一、三次握手

二、四次挥手

三、流量控制

四、拥塞控制

五、Wireshark 分析TCP

5.1、安装 Wireshark

https://www.wireshark.org/

5.2、Wireshark 可抓包数据信息

Frame：物理层的数据帧概况
Ethernet II：数据链路层以太网帧头部信息
Internet Protocol Version 4：互联网层IP包头部信息
Transmission Control Protocol：传输层T的数据段头部信息，此处是TCP
Hypertext Transfer Protocol: 应用层的信息，此处是HTTP协议

5.3、TCP包中的每个字段

TCP/IP 学习 - 图2

5.4、拦截查看请求过程

拦截表达式

# 指定请求主机名
http.host == dev.ibuychem.com

追踪 tcp 流

5.5、使用序列图可视化 tcp 握手过程

从菜单栏中，点击统计 (Statistics) -> 流量图 (Flow Graph)，然后，在弹出的界面中的「流量类型」选择「TCP Flows」

显示实际的序列号的值

取消相对值显示方式的勾选

六、实战

6.1、TCP 第一次握手的 SYN 丢包

6.1.1、模拟SYN丢包

模拟SYN丢包，就是客户端发送了 SYN 包，服务端没有收到，导致没有发回 ACK 包。所以，我们这里请求一个不存在的地址，进行模拟丢包行为。

 date;curl http://192.168.12.36;date

6.1.2、抓包

# 表达式
ip.addr == 192.168.12.36

当请求超时后，查看发现重传了六次，每次 RTO 超时时间是不同的：

第一次是在 1 秒超时重传
第二次是在 2 秒超时重传
第三次是在 5 秒超时重传
第四次是在 8 秒超时重传
第五次是在 16 秒超时重传
第六次是在 32 秒超时重传

可以发现，每次超时时间 RTO 是指数（翻倍）上涨的，当超过最大重传次数后，客户端不再发送 SYN 包。

6.1.3、查看在 Linux 中，第一次握手的 SYN 超时重传次数

查看次数
```
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries
```

修改

echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries

6.2、TCP 第二次握手的 SYN、ACK 丢包

第二次握手的 SYN、ACK 丢包是客户端发送了 SYN 包，服务端在收到客户端的 SYN 包后，响应客户端 SYN+ACK 包，但这时客户端收不到，导致服务的重发 SYN+ACK 包。这里我们在客户端加上防火墙限制，直接粗暴的把来自服务端的数据都丢弃。

6.2.1、检查是否安装防火墙

# 查看防火墙
which iptables
# 打印防火墙安装路径
whereis iptables

6.2.2、客户端配置防火墙命令

# 丢包
# 192.168.120.24 服务端ip
sudo iptables -I INPUT  -s 192.168.120.24 -j DROP
#sudo iptables -I INPUT  -s 192.168.120.24 -j ACCEPT

6.2.3、访问

date;curl http://192.168.120.24:9999/;date

6.2.4、抓包

ip.addr == 192.168.120.24 and tcp.port == 9999

查看流量图

从图中可以发现：

客户端发起 SYN 后，由于防火墙屏蔽了服务端的所有数据包，所以 curl 是无法收到服务端的 SYN、ACK 包，当发生超时后，就会重传 SYN 包
服务端收到客户的 SYN 包后，就会回 SYN、ACK 包，但是客户端一直没有回 ACK，服务端在超时后，重传了 SYN、ACK 包，接着一会，客户端超时重传的 SYN 包又抵达了服务端，服务端收到后，超时定时器就重新计时，然后回了 SYN、ACK 包，所以相当于服务端的超时定时器只触发了一次，又被重置了。
客户端 SYN 超时重传次数达到了 6 次，就不再继续发送 SYN 包了。
注意：多次重传 SYN，会把服务端 SYN、ACK 超时定时器重置。

6.2.5、查看 SYN + ACK 重传次数

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries

客户端 SYN 包超时重传的最大次数，是由 tcp_syn_retries 决定的
服务端 SYN、ACK 包时重传的最大次数，是由 tcp_synack_retries 决定的

6.3、TCP 第三次握手的 ACK 包丢

为了模拟 TCP 第三次握手 ACK 包丢，我的实验方法是在服务端配置防火墙，屏蔽客户端 TCP 报文中标志位是 ACK 的包，也就是当服务端收到客户端的 TCP ACK 的报文时就会丢弃

6.3.1、配置服务端防火墙

sudo iptables -I INPUT  -s 192.168.138.117 -p tcp --tcp-flag ACK ACK  -j DROP
#sudo iptables -I INPUT  -s 192.168.138.117 -p tcp --tcp-flag ACK ACK  -j ACCEPT

6.3.2、访问

# 服务端先启动服务
# python3 -m http.server -d ./test/ 9999
# 客户端访问  telnet 发起tcp 连接
telnet 192.168.138.24 9999

6.3.3、查看tcp 连接状态

# 查看客户端(在客户端执行，服务端ip 192.168.138.117)
netstat -nat |  grep 192.168.138.117
tcp        0      1 192.168.138.117:47358   192.168.138.24:9999     FIN_WAIT1  
tcp        0      0 192.168.138.117:49364   192.168.138.24:9999     ESTABLISHED
#查看服务端(在服务端执行，服务端ip 192.168.138.24)
netstat -napt |  grep 192.168.138.24
tcp        0      0 192.168.138.24:9999     192.168.138.117:49026   SYN_RECV    - 
#过一分钟后， 再执行上面的两个命令
# 客户端依然还是处于 ESTABLISHED 状态
netstat -nat |  grep 192.168.138.117
# 服务端原本处于 SYN_RECV 状态的连接消失了
netstat -napt |  grep 192.168.138.24

hdj@hdj-PC:~$ telnet 192.168.138.24 9999
Trying 192.168.138.24...
Connected to 192.168.138.24.
Escape character is '^]'.
1234  #输入 1234 字符，进行发送
Connection closed by foreign host.  # 过了好久才断开连接

6.3.4、抓包

抓包规则

ip.addr == 192.168.138.24 and tcp.port == 9999

查看流量图

客户端发送 SYN 包给服务端，服务端收到后，回了个 SYN、ACK 包给客户端，此时服务端的 TCP 连接处于 SYN_RECV 状态；
客户端收到服务端的 SYN、ACK 包后，给服务端回了个 ACK 包，此时客户端的 TCP 连接处于 ESTABLISHED 状态；
由于服务端配置了防火墙，屏蔽了客户端的 ACK 包，所以服务端一直处于 SYN_RECV 状态，没有进入 ESTABLISHED 状态
接着，服务端超时重传了 SYN、ACK 包，重传了 5 次后，也就是超过 tcp_synack_retries 的值（默认值是 5），然后就没有继续重传了，此时服务端的 TCP 连接主动中止了，所以刚才处于 SYN_RECV 状态的 TCP 连接断开了，而客户端依然处于ESTABLISHED 状态；
虽然服务端 TCP 断开了，但过了一段时间，发现客户端依然处于ESTABLISHED 状态，于是就在客户端的 telnet 会话输入了 1234 字符；
此时由于服务端已经断开连接，客户端发送的数据报文，一直在超时重传，每一次重传，RTO 的值是指数增长的，所以持续了好长一段时间，客户端的 telnet 才报错退出了，此时共重传了 15 次。

6.3.5、数据包最大超时重传次数

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_retries2

TCP 第一次握手的 SYN 包超时重传最大次数是由 tcp_syn_retries 指定
TCP 第二次握手的 SYN、ACK 包超时重传最大次数是由 tcp_synack_retries 指定
TCP 建立连接后的数据包传输，最大超时重传次数是由 tcp_retries2 指定

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TCP/IP 学习