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1 起因
前段時間，一直在調線上的一個問題：線上應用接受POST請求，請求body中的參數獲取不全，存在丟失的狀況。這個問題是偶發性的，大概發生的幾率為5%-10%左右，這個概率已經相當高了。在排查問題的過程中使用到了tcpdump和Wireshark進行抓包分析。感覺這兩個工具搭配起來幹活，非常完美。所有的網路傳輸在這兩個工具搭配下，都無處遁形。
為了更好、更順手地能夠用好這兩個工具，特整理本篇文章，希望也能給大家帶來收穫。為大家之後排查問題，添一利器。
2 tcpdump與Wireshark介紹
在網路問題的調試中，tcpdump應該說是一個必不可少的工具，和大部分linux下優秀工具一樣，它的特點就是簡單而強大。它是基於Unix系統的命令行式的數據包嗅探工具，可以抓取流動在網卡上的數據包。
預設情況下，tcpdump不會抓取本機內部通訊的報文。根據網路協議棧的規定，對於報文，即使是目的地是本機，也需要經過本機的網路協議層，所以本機通訊肯定是通過API進入了內核，並且完成了路由選擇。【比如本機的TCP通信，也必須要socket通信的基本要素：src ip port dst ip port】
如果要使用tcpdump抓取其他主機MAC地址的數據包，必須開啟網卡混雜模式，所謂混雜模式，用最簡單的語言就是讓網卡抓取任何經過它的數據包，不管這個數據包是不是發給它或者是它發出的。一般而言，Unix不會讓普通用戶設置混雜模式，因為這樣可以看到別人的信息，比如telnet的用戶名和密碼，這樣會引起一些安全上的問題，所以只有root用戶可以開啟混雜模式，開啟混雜模式的命令是：ifconfig en0 promisc, en0是你要打開混雜模式的網卡。
Linux抓包原理：
Linux抓包是通過註冊一種虛擬的底層網路協議來完成對網路報文(準確的說是網路設備)消息的處理權。當網卡接收到一個網路報文之後，它會遍歷系統中所有已經註冊的網路協議，例如乙太網協議、x25協議處理模塊來嘗試進行報文的解析處理，這一點和一些文件系統的掛載相似，就是讓系統中所有的已經註冊的文件系統來進行嘗試掛載，如果哪一個認為自己可以處理，那麼就完成掛載。
當抓包模塊把自己偽裝成一個網路協議的時候，系統在收到報文的時候就會給這個偽協議一次機會，讓它來對網卡收到的報文進行一次處理，此時該模塊就會趁機對報文進行窺探，也就是把這個報文完完整整的複製一份，假裝是自己接收到的報文，彙報給抓包模塊。
Wireshark是一個網路協議檢測工具，支持Windows平臺、Unix平臺、Mac平臺，一般只在圖形界面平臺下使用Wireshark，如果是Linux的話，直接使用tcpdump了，因為一般而言Linux都自帶的tcpdump，或者用tcpdump抓包以後用Wireshark打開分析。
在Mac平臺下，Wireshark通過WinPcap進行抓包，封裝的很好，使用起來很方便，可以很容易的制定抓包過濾器或者顯示過濾器，具體簡單使用下麵會介紹。Wireshark是一個免費的工具，只要google一下就能很容易找到下載的地方。
所以，tcpdump是用來抓取數據非常方便，Wireshark則是用於分析抓取到的數據比較方便。
3 tcpdump使用
3.1 語法
類型的關鍵字
host(預設類型): 指明一臺主機，如：host 210.27.48.2
net: 指明一個網路地址，如：net 202.0.0.0
port: 指明埠號，如：port 23
確定方向的關鍵字
src: src 210.27.48.2, IP包源地址是210.27.48.2
dst: dst net 202.0.0.0, 目標網路地址是202.0.0.0
dst or src(預設值)
dst and src
協議的關鍵字：預設值是監聽所有協議的信息包
fddi
ip
arp
rarp
tcp
udp
其他關鍵字
gateway
broadcast
less
greater
常用表達式：多條件時可以用括弧，但是要用轉義
非 : ! or “not” (去掉雙引號)
且 : && or “and”
或 : || or “or”
3.2 選項
3.3 命令實踐
1、直接啟動tcpdump，將抓取所有經過第一個網路介面上的數據包
2、抓取所有經過指定網路介面上的數據包
3、抓取所有經過 en0，目的或源地址是 10.37.63.255 的網路數據：
4、抓取主機10.37.63.255和主機10.37.63.61或10.37.63.95的通信：
5、抓取主機192.168.13.210除了和主機10.37.63.61之外所有主機通信的數據包：
6、抓取主機10.37.63.255除了和主機10.37.63.61之外所有主機通信的ip包
7、抓取主機10.37.63.3發送的所有數據：
8、抓取主機10.37.63.3接收的所有數據：
9、抓取主機10.37.63.3所有在TCP 80埠的數據包：
10、抓取HTTP主機10.37.63.3在80埠接收到的數據包：
11、抓取所有經過 en0，目的或源埠是 25 的網路數據
12、抓取所有經過 en0，網路是 192.168上的數據包
13、協議過濾
14、抓取所有經過 en0，目的地址是 192.168.1.254 或 192.168.1.200 埠是 80 的 TCP 數據
15、抓取所有經過 en0，目標 MAC 地址是 00:01:02:03:04:05 的 ICMP 數據
16、抓取所有經過 en0，目的網路是 192.168，但目的主機不是 192.168.1.200 的 TCP 數據
17、只抓 SYN 包
18、抓 SYN, ACK
19、抓 SMTP 數據，抓取數據區開始為”MAIL”的包，”MAIL”的十六進位為 0x4d41494c
20、抓 HTTP GET 數據，”GET “的十六進位是 0x47455420
21、抓 SSH 返回，”SSH-“的十六進位是 0x5353482D
22、高級包頭過濾如前兩個的包頭過濾，首先瞭解如何從包頭過濾信息：
23、抓 DNS 請求數據
24、其他-c 參數對於運維人員來說也比較常用，因為流量比較大的伺服器，靠人工 CTRL+C 還是抓的太多，於是可以用-c 參數指定抓多少個包。
3.4 抓個網站練練
想抓取訪問某個網站時的網路數據。比如網站 http://www.baidu.com/ 怎麼做？
1、通過tcpdump截獲主機www.baidu.com發送與接收所有的數據包
2、訪問這個網站
3、想要看到詳細的http報文。怎麼做？
4、分析抓取到的報文
4 tcpdump抓取TCP包分析
TCP傳輸控制協議是面向連接的可靠的傳輸層協議，在進行數據傳輸之前，需要在傳輸數據的兩端（客戶端和伺服器端）創建一個連接，這個連接由一對插口地址唯一標識，即是在IP報文首部的源IP地址、目的IP地址，以及TCP數據報首部的源埠地址和目的埠地址。TCP首部結構如下：
註意：通常情況下，一個正常的TCP連接，都會有三個階段:1、TCP三次握手;2、數據傳送;3、TCP四次揮手
其中在TCP連接和斷開連接過程中的關鍵部分如下：
源埠號：即發送方的埠號，在TCP連接過程中，對於客戶端，埠號往往由內核分配，無需進程指定；
目的埠號：即發送目的的埠號；
序號：即為發送的數據段首個位元組的序號；
確認序號：在收到對方發來的數據報，發送確認時期待對方下一次發送的數據序號；
SYN：同步序列編號，Synchronize Sequence Numbers；
ACK：確認編號，Acknowledgement Number；
FIN：結束標誌，FINish；
4.1 TCP三次握手
三次握手的過程如下：
step1. 由客戶端向伺服器端發起TCP連接請求。Client發送：同步序列編號SYN置為1，發送序號Seq為一個隨機數，這裡假設為X，確認序號ACK置為0；
step2. 伺服器端接收到連接請求。Server響應：同步序列編號SYN置為1，並將確認序號ACK置為X+1，然後生成一個隨機數Y作為發送序號Seq（因為所確認的數據報的確認序號未初始化）；
step3. 客戶端對接收到的確認進行確認。Client發送：將確認序號ACK置為Y+1，然後將發送序號Seq置為X+1（即為接收到的數據報的確認序號）；
為什麼是三次握手而不是兩次對於step3的作用，假設一種情況，客戶端A向伺服器B發送一個連接請求數據報，然後這個數據報在網路中滯留導致其遲到了，雖然遲到了，但是伺服器仍然會接收併發回一個確認數據報。但是A卻因為久久收不到B的確認而將發送的請求連接置為失效，等到一段時間後，接到B發送過來的確認，A認為自己現在沒有發送連接，而B卻一直以為連接成功了，於是一直在等待A的動作，而A將不會有任何的動作了。這會導致伺服器資源白白浪費掉了，因此，兩次握手是不行的，因此需要再加上一次，對B發過來的確認再進行一次確認，即確認這次連接是有效的，從而建立連接。
對於雙方，發送序號的初始化為何值有的系統中是顯式的初始化序號是0，但是這種已知的初始化值是非常危險的，因為這會使得一些黑客鑽漏洞，發送一些數據報來破壞連接。因此，初始化序號因為取隨機數會更好一些，並且是越隨機越安全。
tcpdump抓TCP三次握手抓包分析：
sudotcpdump-n-S-ilo0host10.37.63.3andtcpport8080
# 接著再運行：
curlhttp://10.37.63.3:8080/atbg/doc
控制台輸出：
每一行中間都有這個包所攜帶的標誌：
S=SYN，發起連接標誌。
P=PUSH，傳送數據標誌。
F=FIN，關閉連接標誌。
ack，表示確認包。
RST=RESET，異常關閉連接。
.，表示沒有任何標誌。
第1行：16:00:13.486776，從10.37.63.3（client）的臨時埠61725向10.37.63.3（server）的8080監聽埠發起連接，client初始包序號seq為1944916150，滑動視窗大小為65535位元組（滑動視窗即tcp接收緩衝區的大小，用於tcp擁塞控制），mss大小為16344（即可接收的最大包長度，通常為MTU減40位元組，IP頭和TCP頭各20位元組）。【seq=1944916150，ack=0，syn=1】
第2行：16:00:13.486850，server響應連接，同時帶上第一個包的ack信息，為client端的初始包序號seq加1，即1944916151，即server端下次等待接受這個包序號的包，用於tcp位元組流的順序控制。Server端的初始包序號seq為1119565918，mss也是16344。【seq=1119565918，ack=1944916151，syn=1】
第3行：15:46:13.084161，client再次發送確認連接，tcp連接三次握手完成，等待傳輸數據包。【ack=1119565919，seq=1944916151】
4.2 TCP四次揮手
連接雙方在完成數據傳輸之後就需要斷開連接。由於TCP連接是屬於全雙工的，即連接雙方可以在一條TCP連接上互相傳輸數據，因此在斷開時存在一個半關閉狀態，即有有一方失去發送數據的能力，卻還能接收數據。因此，斷開連接需要分為四次。主要過程如下：
step1. 主機A向主機B發起斷開連接請求，之後主機A進入FIN-WAIT-1狀態；
step2. 主機B收到主機A的請求後，向主機A發回確認，然後進入CLOSE-WAIT狀態；
step3. 主機A收到B的確認之後，進入FIN-WAIT-2狀態，此時便是半關閉狀態，即主機A失去發送能力，但是主機B卻還能向A發送數據，並且A可以接收數據。此時主機B占主導位置了，如果需要繼續關閉則需要主機B來操作了；
step4. 主機B向A發出斷開連接請求，然後進入LAST-ACK狀態；
step5. 主機A接收到請求後發送確認，進入TIME-WAIT狀態，等待2MSL之後進入CLOSED狀態，而主機B則在接受到確認後進入CLOSED狀態；
為何主機A在發送了最後的確認後沒有進入CLOSED狀態，反而進入了一個等待2MSL的TIME-WAIT主要作用有兩個：
第一，確保主機A最後發送的確認能夠到達主機B。如果處於LAST-ACK狀態的主機B一直收不到來自主機A的確認，它會重傳斷開連接請求，然後主機A就可以有足夠的時間去再次發送確認。但是這也只能盡最大力量來確保能夠正常斷開，如果主機A的確認總是在網路中滯留失效，從而超過了2MSL，最後也無法正常斷開；
第二，如果主機A在發送了確認之後立即進入CLOSED狀態。假設之後主機A再次向主機B發送一條連接請求，而這條連接請求比之前的確認報文更早地到達主機B，則會使得主機B以為這條連接請求是在舊的連接中A發出的報文，並不看成是一條新的連接請求了，即使得這個連接請求失效了，增加2MSL的時間可以使得這個失效的連接請求報文作廢，這樣才不影響下次新的連接請求中出現失效的連接請求。
為什麼斷開連接請求報文只有三個，而不是四個因為在TCP連接過程中，確認的發送有一個延時（即經受延時的確認），一端在發送確認的時候將等待一段時間，如果自己在這段事件內也有數據要發送，就跟確認一起發送，如果沒有，則確認單獨發送。而我們的抓包實驗中，由伺服器端先斷開連接，之後客戶端在確認的延遲時間內，也有請求斷開連接需要發送，於是就與上次確認一起發送，因此就只有三個數據報了。
5 Wireshark分析tcpdump抓包結果
1、啟動8080埠，tcpdump抓包命令如下：
tcpdump-ilo0-s0-n-Shost10.37.63.3andport8080-w./Desktop/tcpdump_10.37.63.3_8080_20160525.cap
# 然後再執行curl
curlhttp://10.37.63.3:8080/atbg/doc
2、使用Wireshark打開tcpdump_10.37.63.3_8080_20160525.cap文件
No. 1-4 行：TCP三次握手環節；
No. 5-8 行：TCP傳輸數據環節；
No. 9-13 行：TCP四次揮手環節；
3、順便說一個查看 http 請求和響應的方法：
彈窗如下圖所示，上面紅色部分為請求信息，下麵藍色部分為響應信息：
以上是Wireshark分析tcpdump的簡單使用，Wireshark更強大的是過濾器工具，大家可以自行去多研究學習Wireshark，用起來還是比較爽的。
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