iOS,Android網絡抓包教程之tcpdump

現在的移動端應用幾乎都會通過網絡請求來和服務器交互，通過抓包來診斷和網絡相關的bug是程序員的重要技能之一。抓包的手段有很多：針對http和https可以使用Charles設置代理來做，對於更廣泛的協議可以使用tcpdump或者wireshark。wireshark提供GUI，方便做深入全面的數據分析。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解決網絡相關的問題。閱讀前提是對TCP/IP有初步的了解。

1.啟動tcpdump

1.1 iOS上啟動tcpdump

iOS設備上啟動tcpdump比較方便。apple在mac上有個叫rvictrl的程序，可以通過iOS設備的udid創建一個虛擬網卡，然後通過這個虛擬網卡監聽設備上所有的網絡流量。步驟如下：

獲取itunes獲取設備udid

打開終端（terminal），創建虛擬網卡

在終端輸入rvictl -s udid，創建虛擬網卡。

啟動tcpdump監控流量

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

 

2.1 Android上啟動tcpdump

Android設備沒辦法通過rvictl創建虛擬網卡，但是可以把tcpdump的可執行文件上傳到android設備上，然後通過mac遠程登錄android設備運行tcpdump，前提是這台android設備必須已經root過。步驟如下：

下載android版本的tcpdump

從這個鏈接可以下載到專門為android系統編譯的tcpdump版本。

通過adb將tcpdump上傳到android設備

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

在android設備上運行tcpdump

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

2. 分析tcpdump輸出

經過上面的步驟成功運行tcpdump之後，接下來就可以分析輸出的網絡包內容了，iOS設備和Android設備的輸出是一致的。我們先來解析下幾個基本的格式：

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字段含義。

14:37:41.615018 很簡單，是該包接收到的時間。

17.143.164.37.5223 是發送方的ip地址及端口號（5223是端口號）。

10.29.44.140.58036 是我iphone的ip地址及端口號。

Flags [P.] 是tcp包header部分的第14個字節的P位。這個字節所包含的幾個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包所攜帶的每一個字節都有標號（seq號）。1:54表明總共有54個字節被接受，其中一個字節是三次握手階段所使用，所以一共發送的長度是53字節。

ack 101 tcp包的ack號，ack 101表明seq號為100的字節已被確認收到，下一個期望接收的seq號從101開始。

win 255 win表示的是tcp包發送方，作為接受方還可以接受的字節數。這裡win 255表明ip為17.143.164.37的主機還可以接受255個字節。

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字節的倍數。

options[… TS val 2381386761] ts val這個值是tcp包的時間戳，不過這個時間戳和設備的系統時間沒啥關系，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發送一個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是應用層傳過來的數據大小，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，然後怎麼在網絡上穩定可靠的傳輸，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。

 

3. tcpdump知識拓展

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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。

3.1 TCP Flags（tcp header第十四個字節）

我們再仔細看下上面提到的flags概念，flags位於tcp header的第十四個字節，包含8個比特位，也就是上圖的CWR到FIN。這8個比特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系不大。發送方的包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信息並做了處理。我們重點看其他六個flag。

URG URG代表Urgent，表明包的優先級高，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，這種命令產生的網絡數據包就需要urgent。

ACK 也就是我們所熟悉的ack包，用來告訴對方上一個數據包已經成功收到。不過一般不會為了ack單獨發送一個包，都是在下一個要發送的packet裡設置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位被設置。

RST Reset位，表明packet的發送方馬上就要斷開當前連接了。在http請求結束的時候一般可以看到一個數據包設置了RST位。

SYN SYN位在發送建立連接請求的時候會設置，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位設置了就表示發送方沒有更多的數據要發送了，之後就要單向關閉連接了，接收方一般會回一個ack包。接收方再同理發送一個FIN就可以雙向關閉連接了。

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，是個占位符，沒有其他flag被設置的時候就顯示這個占位符，一般表示ack。

3.2 tcpdump 更多使用參數

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

• -i, 要監聽的網卡名稱，-i rvi0監聽虛擬網卡。不設置的時候默認監聽所有網卡流量。
• -A, 用ASCII碼展示所截取的流量，一般用於網頁或者app裡http請求。-AA可以獲取更多的信息。
• -X，用ASCII碼和hex來展示包的內容，和上面的－A比較像。－XX可以展示更多的信息（比如link layer的header）。
• -n，不解析hostname,tcpdump會優先暫時主機的名字。－nn則不展示主機名和端口名（比如443端口會被展示成https）。
• -s，截取的包字節長度，默認情況下tcpdump會展示96字節的長度，要獲取完整的長度可以用-s0或者-s1600。
• -c，只截取指定數目的包，然後退出。
• -v，展示更多的有用信息，還可以用-vv -vvv增加信息的展示量。
• src，指明ip包的發送方地址。
• dst，指明ip包的接收方地址。
• port，指明tcp包發送方或者接收方的端口號。
• and,or,not,操作法，字面意思。

上面幾個是我個人比較常用的，更多的參數可以參考這個詳細文檔。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

 

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點贊之後發送的一個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

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個字節，所以一個packet就發過去了，當然還設置了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個字節。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：

最後兩個packet比較簡單，iphone發送個FIN＋ACK的包就斷開連接了，server直接發送了一個RST包後也斷開連接了。

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