iOS,Android網路抓包教程之tcpdump

cocopeak發表於2016-02-03
iOSAndroidTCP

現在的移動端應用幾乎都會通過網路請求來和伺服器互動，通過抓包來診斷和網路相關的bug是程式設計師的重要技能之一。抓包的手段有很多：針對http和https可以使用Charles設定代理來做，對於更廣泛的協議可以使用tcpdump或者wireshark。wireshark提供GUI，方便做深入全面的資料分析。tcpdump則輸出原始的包內容，好處是快速高效，之前寫過一篇簡單的微信紅包圖片的破解教程，就是用tcpdump來操作的。這篇文章主要介紹tcpdump的基本使用方法，閱讀目標是能基本掌握並運用tcpdump解決網路相關的問題。閱讀前提是對TCP/IP有初步的瞭解。

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1.啟動tcpdump

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1.1 iOS上啟動tcpdump

iOS裝置上啟動tcpdump比較方便。apple在mac上有個叫rvictrl的程式，可以通過iOS裝置的udid建立一個虛擬網路卡，然後通過這個虛擬網路卡監聽裝置上所有的網路流量。步驟如下：

獲取itunes獲取裝置udid

<img src=”https://github.com/music4kid/music4kid.github.io/blob/master/images/tcpdump_1.png?raw=true&quot; width=”335″>

開啟終端（terminal），建立虛擬網路卡

在終端輸入rvictl -s udid，建立虛擬網路卡。

<img src=”https://github.com/music4kid/music4kid.github.io/blob/master/images/tcpdump_2.png?raw=true&quot; width=”664″>

啟動tcpdump監控流量

在終端繼續輸入sudo tcpdump -i rvi0 -AAl，啟動tcpdump監控。

<img src=”https://github.com/music4kid/music4kid.github.io/blob/master/images/tcpdump_3.png?raw=true&quot; width=”698″>

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2.1 Android上啟動tcpdump

Android裝置沒辦法通過rvictl建立虛擬網路卡，但是可以把tcpdump的可執行檔案上傳到android裝置上，然後通過mac遠端登入android裝置執行tcpdump，前提是這臺android裝置必須已經root過。步驟如下：

下載android版本的tcpdump

從這個連結可以下載到專門為android系統編譯的tcpdump版本。

通過adb將tcpdump上傳到android裝置

通過adb push將tcpdump檔案上傳到特定的目錄，這裡我們選擇/sdcard/data目錄。

<img src=”https://github.com/music4kid/music4kid.github.io/blob/master/images/tcpdump_4.png?raw=true&quot; width=”594″>

在android裝置上執行tcpdump

通過adb shell登陸裝置，並執行tcpdump，最後一步執行./tcpdump即可。

<img src=”https://github.com/music4kid/music4kid.github.io/blob/master/images/tcpdump_5.png?raw=true&quot; width=”480″>

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2. 分析tcpdump輸出

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經過上面的步驟成功執行tcpdump之後，接下來就可以分析輸出的網路包內容了，iOS裝置和Android裝置的輸出是一致的。我們先來解析下幾個基本的格式：

<img src=”https://github.com/music4kid/music4kid.github.io/blob/master/images/tcpdump_6.png?raw=true&quot; width=”855″>

圖中紅色方框內的部分是一個ip包的詳細記錄，類似的紀錄還有好幾條。這裡我們著重分析第一條的各部分欄位含義。

14:37:41.615018 很簡單，是該包接收到的時間。

17.143.164.37.5223 是傳送方的ip地址及埠號（5223是埠號）。

10.29.44.140.58036 是我iphone的ip地址及埠號。

Flags [P.] 是tcp包header部分的第14個位元組的P位。這個位元組所包含的幾個flag很重要，後面我會單獨詳細講解。這裡P位表示接受方需要馬上將包push到應用層。

seq 1:54 tcp包的seq號，1是起始值，54結束值。tcp之所以被認為是流，是因為tcp包所攜帶的每一個位元組都有標號（seq號）。1:54表明總共有54個位元組被接受，其中一個位元組是三次握手階段所使用，所以一共傳送的長度是53位元組。

ack 101 tcp包的ack號，ack 101表明seq號為100的位元組已被確認收到，下一個期望接收的seq號從101開始。

win 255 win表示的是tcp包傳送方，作為接受方還可以接受的位元組數。這裡win 255表明ip為17.143.164.37的主機還可以接受255個位元組。

options [nop,nop,…] options[…]表示的是該tcp包的options區域，nop是no opertion的縮寫，沒什麼實際用途，主要是用做padding，因為options區域按協議規定必須是4位元組的倍數。

options[… TS val 2381386761] ts val這個值是tcp包的時間戳，不過這個時間戳和裝置的系統時間沒啥關係，剛開始是隨機值，後面隨著系統時鐘自增長。這個時間戳主要用處是seq序列號越界從0重新開始後，可以確認包的順序。

options[… ecr 427050796] ts ecr這個值主要用來計算RTT。比如A傳送一個tcp包給B，A會在包裡帶上TS val，B收到之後在ack包裡再把這個值原樣返回，A收到B的ack包之後再根據本地時鐘就可以計算出RTT了。這個值只在ack包裡有效，非ack包ecr的值就為0.

length 53 這個length是應用層傳過來的資料大小，不包括tcp的header。這個值和我們上面分析的seq 1:54是一致的。

以上就是一個基本的tcp包結構，大家可以按照上面的分析再把其他幾個包理解下。我們在做應用的時候面對的更多是http協議，但對一個http請求是怎麼通過tcp/ip分解成一個個的packet，然後怎麼在網路上穩定可靠的傳輸，要有個基本的印象。下面我們再看下tcpdump更多的功能，這些功能都是基於對tcp/ip協議的理解，遇到不理解的建議多google下相關的技術概念。

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3. tcpdump知識擴充

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再繼續深入tcpdump之前，先貼上一張tcp header格式圖，常看常新。

<img src=”https://github.com/music4kid/music4kid.github.io/blob/master/images/tcpheader.png?raw=true&quot; width=”1056″>

3.1 TCP Flags（tcp header第十四個位元組）

我們再仔細看下上面提到的flags概念，flags位於tcp header的第十四個位元組，包含8個位元位，也就是上圖的CWR到FIN。這8個位元位都有特定的功能用途，分別是：CWR，ECE，URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。

CWR ，ECE 兩個flag是用來配合做congestion control的，一般情況下和應用層關係不大。傳送方的包ECE（ECN－Echo）為0的時候表示出現了congestion，接收方回的包裡CWR（Congestion Window Reduced）為1表明收到congestion資訊並做了處理。我們重點看其他六個flag。

URG URG代表Urgent，表明包的優先順序高，需要優先傳送對方並處理。像我們平時使用terminal的時候經常ctrl+c來結束某個任務，這種命令產生的網路資料包就需要urgent。

ACK 也就是我們所熟悉的ack包，用來告訴對方上一個資料包已經成功收到。不過一般不會為了ack單獨傳送一個包，都是在下一個要傳送的packet裡設定ack位，這屬於tcp的優化機制，參見delayed ack。

PSH Push我們上面解釋過，接收方接收到P位的flag包需要馬上將包交給應用層處理，一般我們在http request的最後一個包裡都能看到P位被設定。

RST Reset位，表明packet的傳送方馬上就要斷開當前連線了。在http請求結束的時候一般可以看到一個資料包設定了RST位。

SYN SYN位在傳送建立連線請求的時候會設定，我們所熟悉的tcp三次握手就是syn和ack位的配合：syn->syn+ack->ack。

FIN Finish位設定了就表示傳送方沒有更多的資料要傳送了，之後就要單向關閉連線了，接收方一般會回一個ack包。接收方再同理傳送一個FIN就可以雙向關閉連線了。

這8個flag首字母分別是：C E U A P R S F。初看難以記憶，我腦洞了下，把它們組合成 supr cafe，當然少了super少了個e，我可以將就下。我們在使用tcpdump的時候會經常看到這幾個flag，[S],[P],[R],[F],[.]。其他幾個都好理解，[.]特殊點，是個佔位符，沒有其他flag被設定的時候就顯示這個佔位符，一般表示ack。

3.2 tcpdump 更多使用引數

這部分我們來看下tcpdump常用的一些命令引數。文章最開始部分的tcpdump命令是這樣的：sudo tcpdump -i rvi0 -AAl。 -i rvi0 -AAl都是屬於引數部分。常見的有這些：

  • -i, 要監聽的網路卡名稱，-i rvi0監聽虛擬網路卡。不設定的時候預設監聽所有網路卡流量。

  • -A, 用ASCII碼展示所擷取的流量，一般用於網頁或者app裡http請求。-AA可以獲取更多的資訊。

  • -X，用ASCII碼和hex來展示包的內容，和上面的－A比較像。－XX可以展示更多的資訊（比如link layer的header）。

  • -n，不解析hostname,tcpdump會優先暫時主機的名字。－nn則不展示主機名和埠名（比如443埠會被展示成https）。

  • -s，擷取的包位元組長度，預設情況下tcpdump會展示96位元組的長度，要獲取完整的長度可以用-s0或者-s1600。

  • -c，只擷取指定數目的包，然後退出。

  • -v，展示更多的有用資訊，還可以用-vv -vvv增加資訊的展示量。

  • src，指明ip包的傳送方地址。

  • dst，指明ip包的接收方地址。

  • port，指明tcp包傳送方或者接收方的埠號。

  • and,or,not,操作法，字面意思。

上面幾個是我個人比較常用的，更多的引數可以參考這個詳細文件。有興趣的可以分析下面幾個例子練習下：

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

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4. 用tcpdump分析http完整請求

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說了這麼多，我們再來實戰下，看一個完整的http請求流程。
下面截圖裡的流量是我監聽的 知乎App點贊之後傳送的一個https請求。我之前先分析過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

<img src=”https://github.com/music4kid/music4kid.github.io/blob/master/images/tcpdump_zhihu.png?raw=true&quot; width=”890″>

圖中列出了6個前面的packet，10.29.44.240是我iphone的ip地址，60.28.215.123是知乎server的ip地址，紅色方框內是iphone發出的packet，白色方框內是server發出的packet。packet1是iphone三次握手的第一個syn包，packet2是server ack＋syn的包，packet3是iphone ack的包。這3個packet之後tcp的三次握手就完成了。

packet4是iphone發出的http request。長度只有240個位元組，所以一個packet就發過去了，當然還設定了flags的P位，request需要馬上被應用層處理。包裡面出現了spdy，點贊。

packet5是server ack剛收到的包，長度位0，所以這僅僅是一個ack包。

packet6是server返回http的response了，1388個位元組。packet5和packet6都ack了seq為241的包，當然是為了增加ack的成功率。

中間還有好幾個packet就不仔細分析了，最後再看下請求完成的最後幾個包：

<img src=”https://github.com/music4kid/music4kid.github.io/blob/master/images/tcpdump_zhihu2.png?raw=true&quot; width=”886″>

最後兩個packet比較簡單，iphone傳送個FIN＋ACK的包就斷開連線了，server直接傳送了一個RST包後也斷開連線了。

這篇教程到這裡就結束了，建議大家自己多練習下，遇到不懂的引數或關鍵字多google。最好能系統的學習下tcp/ip協議?。

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