TCP的连接管理实验_互联网tcp连接实验

一、实验目的

使用Wireshark抓包，实现建立连接三次握手和释放连接四次握手。

1. 熟悉TCP通信的三个阶段。
2. 理解TCP连接建立过程和TCP连接释放过程。
3. 对数据分析，图示画出建立连接和释放连接

    

 二、TCP的连接管理原理

1．TCP的通信过程

TCP是面向连接的传输协议，因此其通信过程包含三个阶段阶段：建立连接、传输数据、释放连接。其中，建立连接主要解决三个问题：（1）确认对方能够接收数据；（2）双方协商一些参数（如最大报文段长度，最大窗口大小，初始顺序号等）；（3）双方预分配一些必要的通信资源（如收发缓存区，连接表项目等）。而释放连接的目的就是双方释放所占用的资源。

2．TCP连接的建立

TCP连接的建立采用客户服务器的方式，主动发起连接建立请求的应用进程叫做客户（Client），而被动等待连接建立的应用进程叫做服务器（Server）。

TCP通过三次握手完成连接的建立：

第一次握手：A的TCP向B发出连接请求报文段，其首部中的同步位SYN=1，并选择序号seq=x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是x。

第二次握手：B的TCP收到连接请求报文段后，如同意，则发回确认。B 在确认报文段中应使SYN=1，使ACK=1，其确认号ack=x+1，自己选择的序号seq=y。

第三次握手：A再向B确认，其ACK=1，确认号ack=y+1。A的TCP通知上层应用进程，连接已经建立。

完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据。连接可以由任一方或双方发起，一旦连接建立，数据就可以双向对等地流动。

3．TCP连接的释放

第一次握手：客户A的应用进程先向B发出连接释放报文段，并停止发送数据，主动关闭TCP连接。

第二次握手：服务器B发出确认。此时，从A到B这个方向的连接就释放了，A不能再向B发送数据，因此不再消耗序号，TCP 连接处于半关闭状态，B若还有数据要发送，A仍要接收。

第三次握手：若服务器B的数据已经发完了，其应用进程就通知TCP释放连接。B向A发送连接释放请求报文段。

第四次握手：客户A收到B的连接释放报文段后，必须发出确认。A在发出确认后还必须再等待2MSL的时间后，才能进入关闭状态。

三、实验步骤

任务一：观察建立TCP连接的三次握手协议

步骤1：捕获TCP传输

步骤2：查找TCP建立连接的三次握手事件

步骤3：分析TCP的三次握手机制

 任务二：观察TCP连接的释放机制

    步骤1：查找TCP释放连接的四次挥手事件

    步骤2：分析TCP的四次挥手机制

四、实验部分截图

TCP报文段格式

在wireshark文件 tcp握手&挥手捕获.pcapng中，

Filter：tcp.port==33457

建立连接——三次握手

客户A的IP：192.168.3.11,端口号33457

服务器B的IP：123.125.81.244,端口号80

（三次握手单独截图）

                                          ..

说明：客户A向服务器B发送请求报文段，SYN=1 初始序号 seq=x=21 c5 a3 5b,此报文不能携带数据，但要消耗一个序号。

说明：服务器B收到A的请求后，向A发送确认报文段。SYN=1 ACK=1  ack=x+1=21 c5 a3 5c，初始序号seq=y=84 36 3b 52， 此报文段不能携带数据，但要消耗一个序号。

说明：TCP客户进程收到B的确认后，向B再发送一次确认。 ACK=1

 ack=y+1=84 36 3b 53,

seq=x+1=21 c5 a3 5c,  此报文段可以携带数据，如果不携带数据就不占序号。

建立连接三次握手过程图

    

释放连接——四次握手

（四次握手单独截图）

说明：B向A发送连接释放报文。FIN=1 seq=u=84 36 3c 59(前面以传送数据最后一个字节的序号加 1) ,FIN报文段即使不携带数据也占一个序号。

说明：B向A发送连接释放确认报文段。 ACK=1  seq=w=21 c5 a4 54  ack=u+1=84 36 3c 5a 此时B到A方向的连接已经关闭，无法传送数据了。但是，从A到B方向的还是可以的。

说明：A向B发送连接释放报文段。FIN=1  ACK=1  seq=w=21 c5 a4 54 ack=u+1=84 36 3c 5a

说明： 此时B到了最后确认状态。

B收到了A发来的连接释放报文段后，对此发出确认。

ACK=1 ack=w+1=21 c5 a4 55  seq=u+1=84 36 3c 5a, 最终进入时间等待状态，当等待时间过去后进入关闭状态。

释放连接四次握手过程图

思考题：

①     连接建立阶段的第一次握手是否需要消耗一个序号？其SYN报文段是否携带数据？为什么？第二次握手呢？

答：第一次握手建立连接时，客户端A向服务端B发送请求报文段，这时首部中的同步位SYN =1，同时选择一个初始序号seq= x.TCP规定SYN=1报文段不能携带数据，但是要消耗一个序号。这时，TCP客户进程进入SYN-SENT(同步已发送)状态，等待服务器确认。第二次握手：服务器收到请求报文后，如同意连接，则向A发送确认，同时自己也发送一个确认报文段，确认报文段中SYN和ACK都置1，确认号ack = x+1,同时自己也为自己选择一个初始序号seq =y。注意，这个报文段也不能携带数据，但同样要消耗掉一个序号。这时TCP服务器进程进入SYN-RCVD(同步收到)状态。

 

②     本实验中连接释放过程的第二、三次挥手是同时进行的还是分开进行的？这两次挥手何时需要分开进行？

答：同时。还有数据要发送时需要分开进行。

③     本实验中连接释放阶段的第四次握手，PC向Server发送最后一个TCP确认报文段后，为什么不是直接进入CLOSED（已关闭）连接状态，而是进入CLOSE-WAIT（半关闭）连接状态？

答：PC端需要等待Server回复确认才能关闭。

 

④     本实验中TCP连接建立后的数据通信阶段，PC向Server发送了多少数据？Server向PC发送了多少数据？

答：528比特数据，432比特数据。