一，实验目的：
掌握TCP原理
通过Wireshark的的对数据包的分析，了解三个握手，四次挥手。
二，实验原理
TCP（Transmission Control Protocol传输控制协议）是一种面向连接的，可靠的，基于字节流的传输层通信协议。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，用户数据报协议（UDP）是同一层内另一个重要的传输协议。在因特网协议族（Internet protocol suite）中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的，像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。
1，TCP头格式
（1）源端口（源端口号）：数据发起者的端口号，16位。
（2）目的端口号（目的端口号）：数据接收者的端口号，16位。
（3）序列号（顺序号码） ，Seq））：用于在数据通信中解决网络包乱序（重新排序）问题，以保证应用层接收到的数据不会因为网络上的传输问题而乱序（TCP会用这个顺序号码来拼接数据），32位。
（4）确认号（确认号码，ACK）：是数据接收方期望收到发送方在下一个报文段的顺序号码（SEQ），因此确认号码应当是上次已成功收到顺序号码（SEQ）加1,32bit。
（5）Offset（TCP报文头长度）：用于存储报文头中有多少个32bit（上图的一行），存储长度为4bit，最大可表示（2） ^ 3 + 2 ^ 2 + 2 ^ 1 + 1）* 32bit = 60bytes的报文头。最小取值5,5 * 32bit = 20bytes。
（6）Reserved（保留）：6bit，equal为0
（7）TCP Flags（TCP标志位）每个长度均为1bit
CWR：压缩，TCP标志 s值
0x80.CEE：拥塞，0x40.URG
：紧急，0x20。当URG = 1时，表示报文段中有紧急数据，应尽快传送.ACK
：确认，0x10。当ACK = 1时，代表这是一个确认的TCP包，取值0则不是确认包
.PSH：推送，0x08。当发送端PSH = 1时，接收端尽快的交付给应用进程。
RST：复位，0x04。当RST = 1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，再重新建立连接.SYN
：同步，0x02。在建立连接是用来同步序号.SYN = 1，ACK = 0表示一个连接请求报文段.SYN = 1，ACK = 1表示
同意建立连接.FIN：终止，0x01。当FIN = 1时，表明此报文段的发送端的数据已经发送完毕，并要求释放传输连接。
（8）窗口：用来控制对方发送的数据量，通知发放已确定的发送窗口上限。
（9）检验和：该字段检验的范围包括头部和数据这两部分。由发端计算和存储，并由收端进行验证。
（10）紧急指针：紧急指针在URG = 1时才有效，它指出本报文段中的紧急数据的字节数
（11）TCP选项：长度可变，最长可达40字节
2，三次握手
（1）第一次握手：客户端将标志位SYN置为1，随机产生一个值SEQ = X，并将该数据包发送给服务器，客户机进入SYN_SENT状态，等待服务器确认。
（2）第二次握手：服务器收到数据包后由标志位SYN = 1个知道客户端请求建立连接，服务器将标志位SYN和ACK都置为1，ACK = X + 1，随机产生一个值SEQ = Y，并将该数据包发送给客户端以确认连接请求，服务器进入SYN_RCVD状态。
（3）第三次握手：客户端收到确认后，检查ACK是否为X + 1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ACK = Y + 1，并将该数据包发送给服务器，服务器检查ACK是否为K + 1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后客户端与服务器之间可以开始传输数据了。
简单来说，就是
（1）建立连接时，客户端发送SYN包（SYN = 1）到服务器，并进入到SYN-SEND状态，等待服务器确认
（2）服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN（ACK = I + 1），同时自己也发送一个SYN包（SYN = k）时，即SYN + ACK包，此时服务器进入SYN-RECV状态
（3）客户端收到服务器的SYN + ACK包，向服务器发送确认报ACK（ACK = K + 1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据。
3，四次挥手
由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭，上图描述的即是如此。
（1）第一次挥手：客户端发送一个FIN，用来关闭客户机到服务器的数据传送，客户端进入FIN_WAIT_1状态。
（2）第二次挥手：服务器收到FIN后，发送一个ACK给客户端，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），服务器进入CLOSE_WAIT状态。
（3）第三次挥手：服务器发送一个FIN，用来关闭服务器到客户端的数据传送，服务器进入LAST_ACK状态。
（4）第四次挥手：客户端收入FIN后，客户端进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给服务器，确认序号为收到序号+ 1，服务器进入CLOSED状态，完成四次挥手。
三，实验操作
在接下来的实验中，我们将详细分析TCP协议我们通过发送一个150KB的文件到远程服务器来研究TCP分析提供可靠的数据传输; TCP的拥塞控制算法，以及计算机和服务器之间的TCP连接的性能。
1，从计算机中捕获批量TCP传输到远程服务器
我们先从远程服务器下载一文件，通过HTTP POST方法将下载的文件传输至另一计算机中，通过wireshark数据包捕获，以及跟踪跟踪发送与接收的TCP数据段。
具体操作如下：
（1）启动浏览器，登录下载 http://gaia.cs.umass.edu/wireshark-labs/alice.txt，下载文件存放在本地计算机
（2）登录远程一服务器，http： //gaia.cs.umass.edu/wireshark-labs/TCP-wireshark-file1.html。
（3）如下显示，选择（1）中下载的文件，但不要单击“上传alice.txt文件”
（4）启动的Wireshark的，并开始捕获数据包
（5）在浏览器中单击“upload alice.txt file”进行文件上传，一旦上传完成，会有一条恭喜信息
（6）停止的Wireshark的数据包捕获
2，第一次观察捕获的踪迹
在捕获到的TCP与HTTP数据包列表中，可以看到包含SYN信息的三次握手，以及一个HTTP POST消息。
并且还会有一系列本地计算机向远程主机发送的“重组PDU的TCP段”消息（还是看到远程主机返回本地主机）的TCP ACK。
尝试回答下列问题：
<1>将文件传输到gaia.cs.umass.edu的客户端计算机（源）使用的IP地址和TCP端口号是什么？
<2> gaia.cs.umass.edu的IP地址是什么？在哪个端口号上发送和接收连接的TCP段？
3、TCP基础
根据对wireshark捕获的数据包的分析，请回答下列问题：
<3>启动TCP连接的TCP SYN的序号是多少？，此SYN的flag值是多少？
<4>从服务器回复客户端的SYN的 SYN ACK序号是多少？ACK字段的值是多少，并解释这个值计算方法？在SYN ACK包中，ACK flag与 SYN flag是多少？
<5>序号是多少的TCP消息段中包含有HTTP POST命令？（请在wireshark底部的DATA区域中找"POST")
<6>将包含有HTTP POST的TCP段作为第一个段的话，前六个TCP连接段的NO(编号)与序号（seq)是哪什么？前六个ACK段编号又是哪些？
<7>上述六个TCP段中，每个TCP段的长度是多少？
<8>对于整个嗅探中，在接收时公布的最小可能缓冲区是多少？
<9>跟踪文件中，有重新传的数据段吗？如何检查？
<10>接收器通常在ACK确认中确认多少数据？是否可以识别接收方第隔一个接收到的段来确认情况。
<11>在接收器在前六个ACK中，每个ACK段的ACK序号及数据大小是多少？
<12>TCP连接段的吞吐量是多少？（单位时间传输的字节数）?
（实验改编自计算机网络：自上而下的方法，第7版。）