实验7 利用Wireshark软件分析TCP

目录

一、 实验目的及任务

二、 实验环境

三、 预备知识

四、 实验步骤

五、 实验报告内容

---

一、 实验目的及任务

1.通过协议分析进一步明确TCP报文段结构中各字段语法语义；

2.能够描述TCP协议的序号确认机制、连接管理、RTT估算、流量控制机制。

二、 实验环境

联网的计算机；主机操作系统为Windows；WireShark等软件。

三、 预备知识

在这个实验中，我们将详细研究著名的TCP协议的行为。 通过分析从你的计算机向远程服务器传输150KB文件（包含Lewis Carrol的Alice’s Adventures in Wonderland的文本）时发送和接收的TCP报文段的跟踪来完成此操作。我们将研究TCP使用序列号和确认号来提供可靠的数据传输；我们将看到TCP的拥塞控制算法--慢启动和拥塞避免--在运行；我们将研究TCP的接收者的流量控制机制。 我们还将简要考虑TCP连接的设置，并测试你的计算机和服务器之间的TCP连接的性能（吞吐量和往返时间）。

在开始这个实验之前，需要复习课本中的3.5和3.7节。

四、 实验步骤

1. 根据操作回答“五、实验报告内容”中的1-3题。

在开始探索TCP协议之前，需要使用Wireshark来获取文件从你的计算机到远程服务器的TCP传输的数据包跟踪。可以通过访问一个网页来实现，该网页允许输入存储在计算机上的文件名(该文件包含《爱丽丝梦游仙境》的ASCII文本)，然后使用HTTP POST方法将该文件传输到一个Web服务器。 使用POST方法而不是GET方法，因为需要把大量的数据从你的计算机传输到另一台计算机。当然，在此期间需要运行Wireshark，以获得从你的计算机发送和接收的TCP报文段的抓取。

做如下操作：

（1）启动你的网络浏览器。进入http://gaia.cs.umass.edu/wireshark-labs/alice.txt，检索《爱丽丝梦游仙境》的ASCII副本。把这个文件储存在你电脑的某个地方。

（2）接下来进入Upload page for TCP Wireshark Lab。

（3）可以看到如下界面：

（4）使用此表单中的浏览按钮，输入你电脑中包含《爱丽丝梦游仙境》的文件名（全路径名称）（或手动输入）。先不要按 "上传alice.txt文件 "按钮。

（5）现在启动Wireshark并开始抓包（Capture->Start），然后在Wireshark Packet Capture Options屏幕上按OK（不需要在这里选择任何选项）。

（6）回到你的浏览器，按 "上传alice.txt文件 "按钮，将文件上传到gaia.cs.umass.edu服务器。 一旦文件被上传，一个简短的祝贺信息将显示在你的浏览器窗口。

（7）停止Wireshark数据包捕获。你的Wireshark窗口应该类似于下图所示的窗口。

如果你不能在实时网络连接上运行Wireshark，你可以下载一个数据包跟踪文件，[ 文件tcp-ethereal-trace-1.pcap，需要把它加载到Wireshark中，使用文件下拉菜单，选择打开，然后选择tcp-ethereal-trace-1文件来查看跟踪 ]。

（8）通过在Wireshark窗口顶部的显示过滤器规格窗口中输入 "tcp" 来过滤Wireshark窗口中显示的数据包。

2.根据操作回答“五、实验报告内容” 中的4-12题。

（1）更改Wireshark的“捕获数据包列表”窗口，以便它显示有关包含HTTP消息的TCP段的信息，而不是关于HTTP消息的信息。选择Analyze->Enabled Protocols。然后取消选中HTTP框并选择OK。如下所示：

3.根据操作回答“五、实验报告内容” 中的13题。

（1）在Wireshark的“捕获数据包列表”窗口中选择一个TCP段。然后选择菜单：统计->TCP流图->时间序列图（Stevens）。 可得到下图：

这里，每个点代表一个发送的TCP段，绘制该段的序列号与发送时间。请注意，一组相互叠加的点表示发送方背靠背发送的一系列数据包。

五、 实验报告内容

1-3： 

1.将文件传输到gaia.cs.umass.edu的客户端计算机（源）使用的IP地址和TCP端口号是什么？

1&3.将文件传输到 gaia.cs.umass.edu 的客户端计算机（源）使用的IP地址为192.168.1.102，使用的TCP端口号为1161 

2.gaia.cs.umass.edu的IP地址是什么？它在哪个端口号上发送和接收此次连接的TCP报文段？

gaia.cs.umass.edu的IP地址为128.119.245.12，使用端口号80发送和接收此次连接的TCP报文段 

3.你的客户端计算机（源）用于将文件传输到gaia.cs.umass.edu的IP地址和TCP端口号是什么？

略，详见题1

4-12： 

4.用于启动客户端计算机和gaia.cs.umass.edu之间的TCP SYN报文段的序列号是什么？ 在该报文段中，有什么东西可以确定该段是SYN段？

用于启动客户端计算机和gaia.cs.umass.edu之间的TCP SYN报文段的序列号为 0

5.gaia.cs.umass.edu为回复SYN而向客户计算机发送的SYNACK段的序列号是什么？ SYNACK段中的确认字段的值是多少？ gaia.cs.umass.edu是如何确定这个值的？在该段中，有什么东西可以确定该段是SYNACK段？

gaia.cs.umass.edu为回复SYN而向客户计算机发送的SYNACK段的序列号为0；SYNACK段中的确认字段的值为1

ACK字段用于指示确认字段中的值是有效的，服务器接收到客户端的连接请求并且返回SYN-ACK 确认，这是三次握手的第二步 

6.包含HTTP POST命令的TCP报文段的序列号是什么？

包含HTTP POST命令的TCP报文段的序列号为1 

7.考虑将包含HTTP POST的TCP报文段作为TCP连接的第一个报文段。TCP连接中前六个报文段的序列号是什么（包括含有HTTP POST的段）？ 每个报文段是在什么时候发送的？ 每个报文段的ACK是什么时候收到的？ 考虑到每个TCP报文段的发送时间和收到确认的时间之间的差异，这六个段的RTT值分别是多少？ 在收到每个ACK后，估计RTT值是多少？ 假设EstimatedRTT的值等于第一个报文段的测量RTT，然后用242页的EstimatedRTT方程计算出所有后续报文段的RTT。

7&8. TCP连接中前六个报文段的序列号，发送时间，接收时间及RTT值分别为： 

 运算公式：EstimatedRTT = (1 - a) × EstimatedRTT + a × SampleRTT（a 使用推荐值 0.125） 

区段一：

EstimatedRTT=RTTforSegment1=0.02746s

区段二：

EstimatedRTT=0.875∗0.02746+0.125∗0.035557=0.0285s

区段三：

EstimatedRTT=0.875∗0.0285+0.125∗0.070059=0.0337s

区段四：

EstimatedRTT=0.875∗0.0337+0.125∗0.11443=0.0438s

区段五：

EstimatedRTT=0.875∗0.0438+0.125∗0.13989=0.0558s

区段六：

EstimatedRTT=0.875∗0.0558+0.125∗0.18964=0.0725

往返时延RRT统计表：

并点击切换方向 

8.前六个TCP报文段的长度分别是多少？

略，详见图7 

9.接收到的用于整个跟踪的最小可用缓冲区空间是多少？缺少接收器缓冲区空间会阻碍发送方吗？

最小可用缓冲区空间量为Win=5840

因为 TCP 的流量控制服务，所以缺少接收器缓冲区空间会限制发送方传送 TCP 区段

10.在跟踪文件中是否有任何重传的报文段？为了回答这个问题，你（在跟踪中）检查了什么？

在上文中打开往返时延统计表的二级菜单中选择选择序列号（Stevents）

通过检查序列号与时间，得出序列号与时间呈线性关系，因此没有重传

11.接收方通常在一次ACK中确认多少数据？ 你能找出接收方每收到一个报文段就确认一次的情况吗？

接收器通常在 ACK 中确认1460bit的数据

TCP是累计确认的，一般接收方每隔一个接收到的区段才发送确认

如图第59号是对第53号和54号数据的确认，所以确认的数据为1460*2=2920bit

12.TCP连接的吞吐量（每单位时间传输的字节数）是多少？ 解释一下你是如何计算这个数值的。

TCP吞吐量=总数据量/总传输时间

总数据量=1604091-1=164090bit（对于第4号数据段为1字节，对于第199号数据段，为164091字节，取两者之差）

如图：

第4号数据段是第一个TCP数据段

第202号数据段是最后的确认数据段 

总传输时间：5.455830-0.026477=5.4294s

TCP吞吐量=164090/5.4294=30.222kb/s

13： 

13.使用Time-Sequence-Graph(Stevens)绘图工具，查看从客户端发送到gaia.cs.umass.edu服务器的报文段的序列号与时间的关系。 你能确定TCP的慢启动阶段在哪里开始和结束，以及拥塞避免在哪里发生吗？ 讨论一下测量的数据与我们在课本中研究的TCP的理想化行为的不同之处。

​​​​​慢启动：指每次TCP接收窗口收到确认时都会增长； 增加的大小就是已确认段的数目

接开始，发送窗口大小呈指数型增长

参考博客：https://blog.csdn.net/weixin_42093700/article/details/120157370

参考文章：https://www.acwing.com/file_system/file/content/whole/index/content/4150491/