Wireshark抓包实验

通过Wireshark抓包，理解HTTP,DNS,TCP,UDP,IP等协议工作原理。

一、实验名称

利用Wireshark抓包并分析 TCP/IP 协议

二、实验目的

通过实验，了解和掌握报文捕获工具 Wireshark 的使用方法和基本特点，使用 Wireshark 捕获网络报文，并分析各种网络协议的报文格式和工作过程。

三、实验内容

使用 Wireshark 捕获网络报文，分析以太网、ARP、IP、TCP、DNS 和 HTTP 等协议的报文格式和工作过程。

四、实验步骤

DNS分析

在 cmd 下运行：

nslookup –type=A www.nudt.edu.cn

nslookup –type=NS nudt.edu.cn

nslookup –type=MX nudt.edu.cn

nslookup –type=A www.nudt.edu.cn sdns.nudt.edu.cn

然后用Wireshark捕获报文并分析DNS和UDP协议的报文格式和工作过程。
ICMP分析

在cmd下运行

ping www.baidu.com

tracert www.baidu.com

然后用Wireshark捕获报文并分析 ICMP 报文格式和工作过程。
TCP/IP分析

a) 在浏览器输入 www.scmyzx.com.cn 网址后，然后用 Wireshark 捕获报文并分析HTTP，TCP，IP，ARP和以太网等协议的报文格式和工作过程。

b) 运行各自编写的 UDP 和 TCP 客户/服务器程序并进行抓包分析。

五、实验结果及分析

（一）DNS分析

通过ipconfig命令查看IP、网关地址

IP地址192.168.43.217

默认网关192.168.43.1

DNS报文格式

DNS分析大体相同，就选择其一进行分析

1.在cmd下运行nslookup -type=A www.nudt.edu.cn

非权威应答：110.53.188.133 113.247.230.248 202.197.9.133

应答服务器地址为192.168.43.1，为默认网关地址

利用wireshark进行抓包分析，筛选DNS报文，本次运行有4个DNS报文，可以看出对应请求包和响应包的源IP与目的IP刚好相反。

Query这是一个请求报文。首先主机发送一个 DNS 报文。DNS 采用 UDP 协议支持。从报文可以看出端口号53，报文长度51，检错码0x1347，报文标识号Transaction ID 为0x0001

Queries

1.43.168.192.in-addr.arpa: type PTR, class IN

Response响应报文

No such name，没有Answers

源端口号50161，目的端口号53，报文长度41，检错码0xb9ad，报文标识号Transaction ID为0x0002，从Flags可知为递归查询。

Type:A(Host Address)(1)，表示该报文提出一个查询ipv4地址的请求。

response这是一个响应报文。源端口号51，目的端口号50161，长度89，检错码0x1d16，报文标识号Transaction ID为0x0002，非权威服务器。

有3个Answers

www.nudt.edu.cn: type A, class IN

addr 110.53.188.133 113.247.230.248 202.197.9.133

即ipv4地址，结果是110.53.188.133 113.247.230.248 202.197.9.133

2.在cmd下运行nslookup -type=NS nudt.edu.cn

对nudt.edu.cn进行NS查询

得到两条非权威应答nameserver的值分别为sdns.nudt.edu.cn和dns.hn.edu.cn

请求报文

端口号、报文长度、检错码等和前面分析相同，不再赘述。

Queries

1.43.168.192.in-addr.arpa:type PTR, class IN

查询类型PTR

响应报文

No such name，没有Answer

请求报文

Queries

nudt.edu.cn: type NS, class IN

响应报文

有2个Answers，权威服务器

nudt.edu.cn type: NS, class IN, ns

sdns.nudt.edu.cn dns.hn.edu.cn

3.在cmd下运行nslookup -type=MX nudt.edu.cn

请求报文

1.43.168.192.in-addr.arpa: type PTR, class IN

响应报文

无Answer，一个权威服务器168.192.IN-ADDR.ARPA: type SOA, class IN, mname 168.192.IN-ADDR.ARPA

请求报文

Queries

nudt.edu.cn: type MX, class IN

响应报文

有4个Answers，nudt.edu.cn: type MX, class IN

Preference 15, mx mail1.nudt.edu.cn

Preference 10, mx mail.nudt.edu.cn

Preference 20, mx mail2.nudt.edu.cn

Preference 5, mx mx-nudt-edu-cn.icoremail.net

4.在cmd下运行nslookup -type=A www.nudt.edu.cn sdns.nudt.edu.cn

各组报文分析类似，这里仅选取其中一组进行。

请求报文，UDP，源端口号62373，目的端口号53，报文长度52，检验和0x9302;DNS，Transaction ID:0x0001,标志0x0100，期望递归。

一个Query，181.0.197.202.in-addr.arpa: type PTR, class IN

响应报文，UDP，源端口号53，目的端口号62373，报文长度82，检验和0xbeee；DNS，Transaction ID：0x0001,标志0x8180，属于响应，期望递归且可递归。

一个Answer，181.0.197.202.in-addr.arpa: type PTR, class IN, sdns.nudt.edu.cn

5.DNS工作过程分析

①　当我的主机与某一个ISP连接时，该ISP提供一台主机的IP地址，该主机具有一台或多台其本地DNS服务器的IP地址。当我的主机发出DNS请求时，该请求被发往本地DNS服务器，它起着代理的作用，并将该请求转发到DNS服务器层次结构中，最后将查询结果返回给我的主机。

②　当我查询域名www.nudt.edu.cn时，主机将向本地DNS服务器发起请求查询该域名。

③　本地DNS服务器接收到请求后，会先查询自己的缓存中是否有该地址，如果有的话，就直接返回相应结果，查询成功，同时该查询结果被标记为非权威应答；若没有，则本地DNS服务器会从配置文件中读取根域名服务器的地址，向其中一台发出查询请求。

④　根服务器接收到请求后，解析到是cn这个顶级域名下的，于是向本地DNS服务器返回负责cn的顶级域的IP列表。

⑤　本地DNS服务器接收到该列表后，再次向其中一台发送请求。

⑥　cn域的服务器收到请求后，解析到是edu.cn域的，于是向本地DNS服务器返回负责edu.cn域的IP列表。

⑦　本地DNS服务器收到列表后，再次向其中一台发送请求，过程与上述类似，直到最终权威服务器收到该查询请求，如sdns.nudt.edu.cn，权威服务器会查询相应IP地址并返回给本地DNS服务器，本地DNS服务器获得最终结果后，将结果返回给我的主机，并将结果保存在缓存中，设定一定的存活时间，最终我的主机的DNS查询请求完成。

(二)ICMP

1.在cmd下运行ping www.baidu.com

ping一共进行了四次，均成功，获取了四组报文，分别是6和8、10和11、18和19、22和23。

以其中一组为例分析

请求报文

原IP地址192.168.43.217 目的IP地址183.232.231.172

Type: 8 (Echo (ping) request) Code: 0 回显请求

Checksum 正确

响应报文

原IP地址183.232.231.172 目的IP地址192.168.43.217

Type: 0 (Echo (ping) reply) Code: 0 回显回答（对ping的回答）

Checksum 正确

2.在cmd下运行tracert www.baidu.com

报文大致可分为三种类型：

源主机发送请求，路由器回复错误报告
源主机发送请求，路由器请求超时
源主机发送请求，目的主机回复响应

接下来对以上三种类型各举一个例子分析

源主机发送请求，路由器回复错误报告

Type: 3 (Destination unreachable) Code: 3 (Port unreachable) 目的端口不可达

源主机发送请求，路由器请求超时

请求报文

Type: 8 (Echo (ping) request) Code: 0 回显请求

TTL为1

无响应 Expert Info (Warning/Sequence): No response seen to ICMP request

这是默认网关发送给源主机的报文

Type: 11 (Time-to-live exceeded) Code: 0 (Time to live exceeded in transit) TTL过期

这里返回了中间路由器的IP地址，192.168.43.1（默认网关），可见是第一跳。

源主机发送请求，目的主机回复响应

请求报文

Type: 8 (Echo (ping) request) Code: 0 回显请求

响应报文

Type: 0 (Echo (ping) reply) Code: 0 回显回答（对ping的回答）

工作过程：

Tracert 使用ICMP报文实现，可跟踪从一台主机到世界上任意一台主机之间的路由。为了判断源和目的地之间所有路由器的名字和地址，源主机中的tracert向目的地主机发送一系列普通的IP数据报。每个这些数据报携带了一个具有不可达UDP端口号的UDP报文段，第一个数据报的TTL为1，第二个为2，依次递增。该源主机也为每个数据报启动定时器，当第n个数据报到达第n台路由器时，第n台路由器观察到这个数据报的TTL刚好过期。根据IP协议规则，路由器丢弃该数据报并发送一个ICMP告警报文给源主机（类型11编码0）。该告警报文包含了路由器的名字和IP地址。当该ICMP报文返回源主机时，源主机从定时器得到往返时延，从ICMP报文中得到第n台路由器的名字和IP地址。

随着TTL递增，最终有一个报文将到达目的主机，由于该报文具有不可达端口号，于是该目的主机将向源主机发送一个端口不可达的ICMP报文（类型3编码3）。而源主机收到这个ICMP报文后，就知道不需要再发送数据报了，Tracert结束。

(三) TCP/IP

1. 在浏览器输入www.scmyzx.com.cn网址后，然后用wireshark捕获报文并分析页面抓取过程

① 当我的电脑与网络连接时，没有IP地址就不能做任何事情（例如下载一个Web网页），所以我的电脑所采取的一个网络相关的动作是运行DHCP协议，以从本地DHCP服务器获得一个IP地址以及其他信息。

操作系统生成一个DHCP请求报文，并将这个报文放入具有目的端口号67（DHCP服务器）和源端口号68（DHCP客户）的UDP报文段。该UDP报文段被放置在一个具有广播IP目的地址（255.255.255.255）和源IP地址（0.0.0.0）的IP数据报中，因为电脑还没有一个IP地址。

② 包含DHCP请求报文的IP数据报则被放置在以太网帧中。该以太网帧具有目的MAC地址FF:FF:FF:FF:FF:FF，使得该帧将广播到与交换机连接的所有设备，该帧的源MAC地址则是我的电脑的MAC地址5c:ea:1d:9a:99:43。

③ 包含DHCP请求的广播以太网帧是第一个由电脑发送到以太网交换机的帧，该交换机在所有的出端口广播入帧，包括连接到路由器的端口。路由器接收到该以太网帧后，从中抽取出IP数据报。该数据报的广播IP目的地址指示了这个IP数据报应当由在该结点的高层协议处理，因此该数据报的载荷（一个UDP报文段）被分解，向上到达UDP，DHCP请求报文从此UDP报文中抽取出来。此时DHCP服务器有了DHCP请求报文。

④ DHCP服务器将分配IP地址给我的电脑，这些信息会被放入一个DHCP ACK报文，而这个报文被放入一个UDP报文段，UDP报文段被放入一个IP数据报，IP数据报再被放入一个以太网帧中。

可以看到源MAC地址为96:fc:30:e8:71:b8，而目的MAC地址就是之前看到的我的MAC地址5c:ea:1d:9a:99:43，源IP地址为192.168.43.1，目的IP地址为192.168.43.217，可以在DHCP ACK报文中看到，这正是DHCP服务器为我分配的IP地址。

⑤ 现在我的电脑已经拥有了自己的IP地址，具备了基本条件。接下来，当我将www.scmyzx.com.cn的URL键入Web浏览器时，开始了一连串的事件。浏览器需要生成一个TCP套接字，用于向www.scmyzx.com.cn发送HTTP请求。但为了生成这个套接字，电脑需要知道www.scmyzx.com.cn的IP地址，故需要DNS协议提供转换服务。

⑥ 操作系统因此生成一个DNS查询报文，将字符串www.scmyzx.com.cn放入DNS报文的问题段中。该DNS报文则放置在一个具有53号端口（DNS服务器）目的端口的UDP报文段中。该UDP报文段则被放入具有IP目的地址192.168.43.1（第④步中DHCP ACK返回的DNS服务器地址）和源IP地址192.168.43.217的IP数据报中。

⑦ 包含DNS请求报文的数据报被放入一个以太网帧中，该帧将发送到网关。但虽然知道了网关的IP地址，却仍不知道其MAC地址，所以需要使用ARP协议。生成一个具有目的IP地址192.168.43.1（默认网关）的ARP查询报文，将该ARP报文放置在一个具有广播目的地址（FF:FF:FF:FF:FF:FF）的以太网帧中，并向交换机发送该以太网帧，交换机将该帧交付给所有连接的设备。

⑧ 网关接收到包含ARP查询报文的帧后，发现ARP报文中目的IP地址192.168.43.1匹配其接口的IP地址，因此准备一个ARP回答，指示它的IP地址对应MAC地址96:fc:30:e8:71:b8。该回答放入一个以太网帧中，其目的地址为5c:ea:1d:9a:99:43。

⑨ 我的电脑接收到了包含该ARP回答报文的帧，并从中抽取网关的MAC地址，现在能够使包含DNS查询的以太网帧寻址到网关的MAC地址了。

该报文如上图，源IP地址192.168.43.217，目的IP地址192.168.43.1（DNS服务器），使用UDP承载了DNS请求报文，其中有包含一个query，请求www.scmyzx.com.cn的IP地址。

⑩ DNS服务器返回的DNS应答报文如下

可以看到有一个answer，其中说明了www.scmyzx.com.cn对应的IP地址为120.76.101.154

⑪ 现在有了www.scmyzx.com.cn的IP地址后，就能够生成TCP套接字了，该套接字将用于向www.scmyzx.com.cn发送HTTP GET报文。当生成套接字时，我的TCP必须首先与www.scmyzx.com.cn的TCP执行三次握手。因此首先生成一个具有目的端口80的TCP SYN报文段，发给IP地址120.76.101.154，这是三次握手的第一次。（接下来这些报文的发送的更底层的细节，与前面叙述的过程类似，就不再赘述。）

SYN，Seq=0

⑫ 和11中类似，第二、三次握手如下：

826号是第一次，843号是第二次，847号是第三次

SYN ACK，Seq=0 ACK=1

ACK，Seq=1 ACK=1

三次握手完成，与www.scmyzx.com.cn的TCP连接成功建立。

⑬ 借助于我的套接字，现在准备向www.scmyzx.com.cn发送字节了。浏览器生成包含要获取的URL的HTTP GET报文，HTTP GET报文则写入套接字，其中GET报文成为一个TCP报文段的载荷。该TCP报文段放入一个数据报中，并交付给www.scmyzx.com.cn，和前面的分析类似。