网络抓包教程之tcpdump

现在的移动端应用几乎都会通过网络请求来和服务器交互，通过抓包来诊断和网络相关的bug是程序员的重要技能之一。抓包的手段有很多：针对http和https可以使用Charles设置代理来做，对于更广泛的协议可以使用tcpdump或者wireshark。wireshark提供GUI，方便做深入全面的数据分析。tcpdump则输出原始的包内容，好处是快速高效，之前写过一篇简单的微信红包图片的破解教程，就是用tcpdump来操作的。这篇文章主要介绍tcpdump的基本使用方法，阅读目标是能基本掌握并运用tcpdump解决网络相关的问题。阅读前提是对TCP/IP有初步的了解。

1.启动tcpdump

1.1 iOS上启动tcpdump

iOS设备上启动tcpdump比较方便。apple在mac上有个叫rvictl的程序，可以通过iOS设备的udid创建一个虚拟网卡，然后通过这个虚拟网卡监听设备上所有的网络流量。步骤如下：

获取itunes获取设备udid

打开终端（terminal），创建虚拟网卡

在终端输入rvictl -s udid，创建虚拟网卡。

启动tcpdump监控流量

在终端继续输入sudo tcpdump -i rvi0 -AAl，启动tcpdump监控。

2.1 Android上启动tcpdump

Android设备没办法通过rvictl创建虚拟网卡，但是可以把tcpdump的可执行文件上传到android设备上，然后通过mac远程登录android设备运行tcpdump，前提是这台android设备必须已经root过。步骤如下：

下载android版本的tcpdump

从这个链接可以下载到专门为android系统编译的tcpdump版本。

通过adb将tcpdump上传到android设备

通过adb push将tcpdump文件上传到特定的目录，这里我们选择/sdcard/data目录。

在android设备上运行tcpdump

通过adb shell登陆设备，并执行tcpdump，最后一步执行./tcpdump即可。

2. 分析tcpdump输出

经过上面的步骤成功运行tcpdump之后，接下来就可以分析输出的网络包内容了，iOS设备和Android设备的输出是一致的。我们先来解析下几个基本的格式：

图中红色方框内的部分是一个ip包的详细记录，类似的纪录还有好几条。这里我们着重分析第一条的各部分字段含义。

14:37:41.615018 很简单，是该包接收到的时间。

17.143.164.37.5223 是发送方的ip地址及端口号（5223是端口号）。

10.29.44.140.58036 是我iphone的ip地址及端口号。

Flags [P.] 是tcp包header部分的第14个字节的P位。这个字节所包含的几个flag很重要，后面我会单独详细讲解。这里P位表示接受方需要马上将包push到应用层。

seq 1:54 tcp包的seq号，1是起始值，54结束值。tcp之所以被认为是流，是因为tcp包所携带的每一个字节都有标号（seq号）。1:54表明总共有54个字节被接受，其中一个字节是三次握手阶段所使用，所以一共发送的长度是53字节。

ack 101 tcp包的ack号，ack 101表明seq号为100的字节已被确认收到，下一个期望接收的seq号从101开始。

win 255 win表示的是tcp包发送方，作为接受方还可以接受的字节数。这里win 255表明ip为17.143.164.37的主机还可以接受255个字节。

options [nop,nop,…] options[…]表示的是该tcp包的options区域，nop是no opertion的缩写，没什么实际用途，主要是用做padding，因为options区域按协议规定必须是4字节的倍数。

options[… TS val 2381386761] ts val这个值是tcp包的时间戳，不过这个时间戳和设备的系统时间没啥关系，刚开始是随机值，后面随着系统时钟自增长。这个时间戳主要用处是seq序列号越界从0重新开始后，可以确认包的顺序。

options[… ecr 427050796] ts ecr这个值主要用来计算RTT。比如A发送一个tcp包给B，A会在包里带上TS val，B收到之后在ack包里再把这个值原样返回，A收到B的ack包之后再根据本地时钟就可以计算出RTT了。这个值只在ack包里有效，非ack包ecr的值就为0.

length 53 这个length是应用层传过来的数据大小，不包括tcp的header。这个值和我们上面分析的seq 1:54是一致的。

以上就是一个基本的tcp包结构，大家可以按照上面的分析再把其他几个包理解下。我们在做应用的时候面对的更多是http协议，但对一个http请求是怎么通过tcp/ip分解成一个个的packet，然后怎么在网络上稳定可靠的传输，要有个基本的印象。下面我们再看下tcpdump更多的功能，这些功能都是基于对tcp/ip协议的理解，遇到不理解的建议多google下相关的技术概念。

3. tcpdump知识拓展

再继续深入tcpdump之前，先贴上一张tcp header格式图，常看常新。

3.1 TCP Flags（tcp header第十四个字节）

我们再仔细看下上面提到的flags概念，flags位于tcp header的第十四个字节，包含8个比特位，也就是上图的CWR到FIN。这8个比特位都有特定的功能用途，分别是：CWR，ECE，URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。

CWR ，ECE 两个flag是用来配合做congestion control的，一般情况下和应用层关系不大。发送方的包ECE（ECN－Echo）为0的时候表示出现了congestion，接收方回的包里CWR（Congestion Window Reduced）为1表明收到congestion信息并做了处理。我们重点看其他六个flag。

URG URG代表Urgent，表明包的优先级高，需要优先传送对方并处理。像我们平时使用terminal的时候经常ctrl+c来结束某个任务，这种命令产生的网络数据包就需要urgent。

ACK 也就是我们所熟悉的ack包，用来告诉对方上一个数据包已经成功收到。不过一般不会为了ack单独发送一个包，都是在下一个要发送的packet里设置ack位，这属于tcp的优化机制，参见delayed ack。

PSH Push我们上面解释过，接收方接收到P位的flag包需要马上将包交给应用层处理，一般我们在http request的最后一个包里都能看到P位被设置。

RST Reset位，表明packet的发送方马上就要断开当前连接了。在http请求结束的时候一般可以看到一个数据包设置了RST位。

SYN SYN位在发送建立连接请求的时候会设置，我们所熟悉的tcp三次握手就是syn和ack位的配合：syn->syn+ack->ack。

FIN Finish位设置了就表示发送方没有更多的数据要发送了，之后就要单向关闭连接了，接收方一般会回一个ack包。接收方再同理发送一个FIN就可以双向关闭连接了。

这8个flag首字母分别是：C E U A P R S F。初看难以记忆，我脑洞了下，把它们组合成 supr cafe，当然少了super少了个e，我可以将就下。我们在使用tcpdump的时候会经常看到这几个flag，[S],[P],[R],[F],[.]。其他几个都好理解，[.]特殊点，是个占位符，没有其他flag被设置的时候就显示这个占位符，一般表示ack。

3.2 tcpdump 更多使用参数

这部分我们来看下tcpdump常用的一些命令参数。文章最开始部分的tcpdump命令是这样的：sudo tcpdump -i rvi0 -AAl。 -i rvi0 -AAl都是属于参数部分。常见的有这些：

-i, 要监听的网卡名称，-i rvi0监听虚拟网卡。不设置的时候默认监听所有网卡流量。
-A, 用ASCII码展示所截取的流量，一般用于网页或者app里http请求。-AA可以获取更多的信息。
-X，用ASCII码和hex来展示包的内容，和上面的－A比较像。－XX可以展示更多的信息（比如link layer的header）。
-n，不解析hostname,tcpdump会优先暂时主机的名字。－nn则不展示主机名和端口名（比如443端口会被展示成https）。
-s，截取的包字节长度，默认情况下tcpdump会展示96字节的长度，要获取完整的长度可以用-s0或者-s1600。
-c，只截取指定数目的包，然后退出。
-v，展示更多的有用信息，还可以用-vv -vvv增加信息的展示量。
src，指明ip包的发送方地址。
dst，指明ip包的接收方地址。
port，指明tcp包发送方或者接收方的端口号。
and,or,not,操作法，字面意思。

上面几个是我个人比较常用的，更多的参数可以参考这个详细文档。有兴趣的可以分析下面几个例子练习下：

tcpdump ‘tcp[13] & 16!=0’

tcpdump src port 80 and tcp

tcpdump -vv src baidu and not dst port 23

tcpdump -nnvvS src 192.0.1.100 and dst port 443

4. 用tcpdump分析http完整请求

说了这么多，我们再来实战下，看一个完整的http请求流程。下面截图里的流量是我监听的知乎App点赞之后发送的一个https请求。我之前先分析过server的ip地址了，tcpdump命令是：

sudo tcpdump -i rvi0 -AAl src 60.28.215.123 or dst 60.28.215.123

图中列出了6个前面的packet，10.29.44.240是我iphone的ip地址，60.28.215.123是知乎server的ip地址，红色方框内是iphone发出的packet，白色方框内是server发出的packet。packet1是iphone三次握手的第一个syn包，packet2是server ack＋syn的包，packet3是iphone ack的包。这3个packet之后tcp的三次握手就完成了。

packet4是iphone发出的http request。长度只有240个字节，所以一个packet就发过去了，当然还设置了flags的P位，request需要马上被应用层处理。包里面出现了spdy，点赞。

packet5是server ack刚收到的包，长度位0，所以这仅仅是一个ack包。

packet6是server返回http的response了，1388个字节。packet5和packet6都ack了seq为241的包，当然是为了增加ack的成功率。

中间还有好几个packet就不仔细分析了，最后再看下请求完成的最后几个包：

最后两个packet比较简单，iphone发送个FIN＋ACK的包就断开连接了，server直接发送了一个RST包后也断开连接了。

这篇教程到这里就结束了，建议大家自己多练习下，遇到不懂的参数或关键字多google。最好能系统的学习下tcp/ip协议