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title: Lab6 - TCP
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# 华东师范大学软件学院实验报告
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## 一、实验目的
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学习了解 TCP 的相关内容。
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## 二、使用内容与实验步骤
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1. 捕获
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1. 找到一个可以使用 HTTP 下载的中等大小单一资源。
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2. 使用 wget 或 curl 命令尝试下载，确保可以在几秒内下载至少 500 KB 的内容。
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3. 启用 Wireshark ，将过滤器设置为 "tcp and host $DOMAIN" ，其中 $DOMAIN 为远程服务器的域名，并开始捕获。
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4. 重复 1.2 中的命令。
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5. 返回 Wireshark 并停止捕获。
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2. 检查捕获到的内容
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选择一个协议列为 TCP 的数据包，展开 TCP 协议部分。捕获到的内容中协议列除了初始 HTTP GET 和末尾的 HTTP 相应包之外均为 TCP 。在一个 TCP 包中，大致可以看到如下内容：
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1. 源端口（可能为 80）与目标端口。
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2. 序列号字段，告知第一个有效负载字节在字节流中的位置。
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3. 确认字段，告知反向字节流中最后接收的位置。
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4. 报头长度，TCP 报头的长度。
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5. 标志字段。
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6. 校验和，用于检查传输错误。
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7. 选项字段。（可能不存在）
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8. TCP 有效负载，表示正在传输的内容.（可能不存在）
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3. TCP 段结构
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绘制一个 TCP 段结构图。
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4. TCP 建立与拆除。
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- 三次握手
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查找带有 SYN 标志的 TCP 段以及其后的数据包的详细信息。绘制三次握手的时间序列图，序列图应包括如下内容：
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- 每个段上的序列号与 ACK 号（如果存在）
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- 以毫秒为单位的时间
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- 到服务器的往返时间估计，即 SYN 和 SYN-ACK 段之间的差值
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- 连接选项
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SYN 数据包中携带了哪些 TCP 选项。
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- FIN/RST 拆除
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查找带有 FIN 或 RES 标志的 TCP 段及其之后的数据包的详细信息。并绘制时间序列图，要求同三次握手的时间序列图。
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5. TCP 数据传输
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在统计菜单下，选择“IO图表”，观察并回答以下问题：
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1. TCP 连接运行良好后，下载方向的大致数据速率是多少（分别计算 packets/s 与 bits/s）
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2. 查看下载数据包，通过观察包的大小与 TCP 有效负载的大小，计算下载率中有多少百分比是内容？
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3. 传输方向的大致数据速率是多少？
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4. 如果最近从服务器接收的 TCP 段的序列号为 x ，那么下一个传输的 TCP 段携带什么 ACK 号？
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检查捕获到的下载数据包是否具有如下特征：
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- 延迟 ACK。
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- 接受到的段的序列号增加，后续传输的段的 ACK 号也相应增加。
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- 在初始获取之后，传输的段的序列号不增加，接收段上的 ACK 编号也不增加。
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- 每个段都带有大于等于 0 的窗口信息。
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## 三、实验环境
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- 实验仪器：ThinkPad X230i
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- 操作系统：Arch GNU/Linux x86\_64
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- 以太网控制器：Intel Corporation 82575LM Gigabit Network Connection
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- 网络控制器：Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8188CE 820.11b/g/n WiFi Adapter
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- 网络连接：校园网 ECNU-1X
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## 四、实验过程与分析
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1. 捕获
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2. 检查捕获到的内容
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捕获到的内容如图所示：
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3. TCP 段结构
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<table align="center">
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<tr>
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<td align="center" colspan='20'>TCP 报头</td>
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<td align="center">TCP 负载</td>
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</tr>
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<tr>
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<td align="center">源端口</td>
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<td align="center">目标端口</td>
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<td align="center">序列号</td>
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<td align="center">确认号</td>
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<td align="center">报头长度</td>
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<td align="center">Flags</td>
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<td align="center">窗口</td>
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<td align="center">校验和</td>
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<td align="center">紧急指针</td>
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<td align="center">Options</td>
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<td align="center">TCP Payloads</td>
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</tr>
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<tr>
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<td align="center">2 bytes</td>
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<td align="center">2 bytes</td>
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<td align="center">4 bytes</td>
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<td align="center">4 bytes</td>
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<td align="center">4 bits</td>
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<td align="center">12 bits</td>
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<td align="center">2 bytes</td>
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<td align="center">2 bytes</td>
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<td align="center">2 bytes</td>
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<td align="center">12 bytes</td>
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<td align="center">Many bytes</td>
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</tr>
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</table>
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4. TCP 建立与拆除。
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- 三次握手
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SYN及其之后包的信息如图所示：
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根据所得到的信息画图：
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```mermaid
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sequenceDiagram
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autonumber
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participant Client
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participant Server
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Client->>Server: 0th ms, SYN, 序列号: 0
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Note left of Client: Δ = 96ms
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Server->>Client: 96th ms, SYN-ACK, 序列号: 0, ACK号: 1
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Client->>Server: 96th ms, ACK, 序列号: 1, ACK号: 1
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```
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- 连接选项
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SYN 包具体信息如图所示：
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故可以观察到 SYN 包携带的选项有：
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- Maximum segment size(最大段大小)
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- SACK permitted(SACK 许可)
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- Timestamps(时间戳)
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- NOP(无操作)
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- Window sacle(窗口比例)
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- FIN/RST 拆除
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FIN及其之后包的信息如图所示：
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根据所得到的信息画图：
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```mermaid
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sequenceDiagram
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autonumber
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participant Client
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participant Server
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Client->>Server: 844th ms, FIN-ACK, 序列号: 237, ACK号: 256850
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Note left of Client: Δ = 45ms
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Server->>Client: 889th ms, FIN-ACK, 序列号: 256850, ACK号: 238
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Client->>Server: 889th ms, ACK, 序列号: 238, ACK号: 256851
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```
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5. TCP 数据传输
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IO 图表如图：
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1. 下载方向的大致数据速率是
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$$
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\frac{\frac{1}{8}(18+35+13+8+46+23+28+21) packets}{0.1 s} = 240\ packets/s
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$$
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$$
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\frac{\frac{1}{8}(185300+401500+149100+91780+527700+263900+321200+226600) bits}{0.1 s} =2708850\ bits/s
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$$
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2. 查看下载数据包，通过观察包的大小与 TCP 有效负载的大小，计算下载率中有多少百分比是内容？
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$$
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\frac{1368 bytes}{1434 bytes}=\frac{228}{239} \approx 95.40\%
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$$
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3. 传输方向的大致数据速率是
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$$
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\frac{\frac{1}{8}(16+29+13+8+32+10+23+22) packets}{0.1 s} = 191.25\ packets/s
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$$
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$$
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\frac{\frac{1}{8}(8448+15310+6864+4224+16990+5280+12140+11620) bits}{0.1 s} =101095\ bits/s
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$$
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4. 如果最近从服务器接收的 TCP 段的序列号为 x ，那么下一个传输的 TCP 段携带什么 ACK 号？
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**x+TCP 负载字节数**
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