实验四：TCP协议探索和连接管理分析
【实验目的】
1、掌握TCP协议数据格式；
2、掌握TCP首部各字段含义；
3、掌握TCP建立连接和释放连接的过程；
4、熟悉Linux下truncate命令的使用方法；
5、了解Linux中利用nc命令开启远程shell的方法。
【实验步骤与结果记录】
要求：根据实验指导书中的实验内容和步骤，认真完成实验。采取截图、拍照等形式记录自己的实验步骤和结果。（可根据需要加页）
步骤1：创建虚拟网络拓扑。
1.使用script3.1.sh 脚本，创建如图所示的网络拓扑结构。
在Linux中，该虚拟网络拓扑的实现如图所示。
运行脚本，创建虚拟网络拓扑。
2.执行Linux命令，ip netns list 查询已经建立的NS列表，在所有NS内执行ifconfig -a 命令查看NS内的网络接口配置，执行Linux命令 brctl show 查看交换机桥接状态，验证网络拓扑。
步骤2：为虚拟网络拓扑中的各路由器配置静态路由。
1. 使用script3.2.sh 脚本，为各路由器配置静态路由。
步骤3：关闭网卡offload功能，将运输层封装时需要的计算还给CPU
1. 使用script3.3.sh 脚本，关闭网卡offload功能。
步骤4：打开两个终端窗口，分别模拟主机ns56A和主机ns57C
1.打开一个终端窗口，利用Linux命令bash将本窗口模拟成主机ns56A的终端 执行以下命令
ip netns exec ns56A bash执行上述命令后，Linux将在网络命名空间ns56A中开启bash交互，之后输入的Linux命令均在ns56A中执行，相当于模拟了主机ns56A的终端。
2.然后输入 ifconfig -a ，确认是否成功模拟成主机ns56A。
为了避免混淆，可以改变终端窗口名字。
3. 再打开一个终端窗口，利用Linux命令bash将本窗口模拟成主机ns57C的终端 执行以下命令
ip netns exec ns57C bash模拟主机ns57C的终端。
4.然后输入ifconfig -a ，确认是否成功模拟成主机ns57C，并修改终端名。
步骤5：在主机ns57C上创建一个3500字节长度的文件备用。
1.在主机ns57C的模拟终端中，执行如下命令，创建一个3500字节长度的文件，命名为3500.0。
truncate -s 3500 3500.0
步骤6：在主机ns57C上启动Wireshark，在接口tap57C上启动抓包。
1.新开一个终端窗口，执行以下命令，在主机ns57C后台上启动Wireshark。
ip netns exec ns57C wireshark &2.在Wireshark窗口中选择接口tap57C，启动抓包。
步骤7：在主机ns57C上打开TCP服务程序。在主机ns56A上打开TCP客户程序，然后通过网络将主机ns57C上的3500.0文件读取到主机ns56A
1.在主机ns57C的模拟终端中，执行如下命令，在4499端口打开TCP服务，并开启shell服务。
nc -e /bin/sh -lv 4499执行上述命令后，通过TCP连接收到的字符将被发送到主机ns57C的shell中执行。
2.在主机ns56A的模拟终端中，执行如下命令，打开TCP客户程序，并指定TCP服务程序的IP地址和端口。
nc 192.168.57.254 4499
3.在主机ns56A的模拟终端中，输入如下命令，将该命令被发送到主机ns57C的shell中，读取文件3500.0，命令执行结果通过TCP连接发送回主机ns56A。
cat 3500.0
4.文件传输完毕后，在主机ns57C和ns56A上，先后用 Ctrl+C 终止TCP通信。
步骤8：在Wireshark中停止抓包，保存抓包结果文件并分析本次TCP通信，理解TCP报文段格式，理解TCP建立连接和释放连接的过程
1.停止抓包后保存抓包数据，便于后续进行分析。
【问题与分析】
1.在步骤7中，操作系统为主机ns56A上的TCP客户程序分配的端口号是多少？截图说明你的分析过程。
如图所示，操作系统为主机ns56A上的TCP客户程序分配的端口号是59502。
2.在步骤7中，你一共截获了几个TCP报文段？分析连接建立后，第一个TCP客户发给TCP服务器的报文段，以及第一个TCP服务器发给TCP客户的报文段的首部，截图并填写表4.1和表4.2。
如图所示，共有25个报文段，有10个是ARP，有15个是TCP报文段。
第一个TCP客户发给TCP服务器的报文段是8号报文，按照报文内容填写即可。
按照如图所示将相对序号关闭即可获得真实序号。
| 表4.1 TCP客户发给TCP服务器的报文段首部 | |
| 字段名 | 值 |
| 源端口 | 59502 |
| 目的端口 | 4499 |
| 序号（真实序号） | 2046422412 |
| 确认号（真实确认号） | 851582143 |
| 数据偏移 | 32bytes |
| 窗口 | 229 |
| 校验和 | 0xd213 |
| 包含什么选项 | No-Operation (NOP), Timestamps |
第一个TCP服务器发给TCP客户的报文段是9号报文，按照报文内容填写即可。
| 表4.2 TCP服务器发给TCP客户的报文段首部 | |
| 字段名 | 值 |
| 源端口 | 4499 |
| 目的端口 | 59502 |
| 序号（真实序号） | 851582143 |
| 确认号（真实确认号） | 2046422423 |
| 数据偏移 | 32bytes |
| 窗口 | 227 |
| 校验和 | 0x2b94 |
| 包含什么选项 | No-Operation (NOP), Timestamps |
3.在你的实验结果中，TCP建立连接时，双方是否使用了MSS选项，主机ns56A和主机ns57C发送给对方的MSS选项值时多少？ns57C将3500字节数据发送给ns56A用了几个报文段？每个报文段中包含多少字节的数据？请计算ns57C的有效最大报文段长度，并验证是否与实验结果一致？截图说明你的分析过程。
双方都使用了MSS选项。
如图所示，双方发给对方的MSS值都为1460bytes。
将数据值应用到列，便于查看数据长度。
改变标题，避免混淆。
由数据可知，共用了3个报文段，数据长度分别为1448,1448,604。
EMSS=min（RMTU,SMTU）-TCP首部长度-IP首部长度
SMTU=1500
RMSS=RMTU-40=1460
RMTU=1460+40=1500
EMSS=min（1500，1500）-TCP首部长度-IP首部长度
IP首部长度为20。
TCP首部长度为32
EMSS=1500-20-32=1448
与计算的一致。
4.在你的实验结果中，通信双方使用窗口扩大选项了么？双方的窗口移位值时各是多少？双方的窗口各扩大了多少倍？截图说明你的分析过程。
由图可知客户使用了窗口扩大选项，窗口移位值为7，窗口扩大了128倍。
由图可知服务器使用了窗口扩大选项，窗口移位值为7，窗口扩大了128倍。
5.在步骤7中，你截获TCP建立连接和释放连接的报文段了么？分析建立连接和释放连接的几个报文段，截图并填写表4.3和表4.4。
建立连接使用了3个报文段。
通过查询报文段的Flags的内容即可知道SYN位与ACK位的值，按照数据填写表格即可。
| 表4.3 TCP建立连接的分析 | ||||
| 报文段序号 | SYN位 | ACK位 | 序号（真实序号） | 确认号 （真实确认号） |
| 3 | 1 | 0 | 2046422411 | 0 |
| 4 | 1 | 1 | 851582142 | 2046422412 |
| 5 | 0 | 1 | 2046422412 | 851582143 |
释放连接共使用了4个报文段。
通过查询报文段的Flags的内容即可知道FIN位与ACK位的值，按照数据填写表格即可。
| 表4.4 TCP释放连接的分析 | ||||
| 报文段序号 | FIN位 | ACK位 | 序号（真实序号） | 确认号 （真实确认号） |
| 18 | 1 | 1 | 851585643 | 2046422423 |
| 19 | 0 | 1 | 2046422423 | 851585644 |
| 22 | 1 | 1 | 2046422423 | 851585644 |
| 23 | 0 | 1 | 851585644 | 2046422424 |