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TCP 基礎講座

TCP 基礎講座. 徳田研 ECN sada. TCP とは？. Transmission Control Protocol と言われてもイメージが湧かないですよね. IP のイメージ. IP って実は結構テキトウ 途中でデータを無くしてもお構いなし 途中のネットワークが混んでてもお構いなし. 隣の人、受け渡しが遅いけど、いつも通り送っちゃえ. 水こぼしちゃったけど まあいいか. TCP のイメージ（１）. TCP はテキトウな部分を補う データの到達保証（ 信頼性確保 ） ネットワーク混雑の回避（ 輻輳制御 ）.

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TCP 基礎講座

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Presentation Transcript

  1. TCP基礎講座 徳田研 ECN sada

  2. TCP とは？ • Transmission Control Protocol • と言われてもイメージが湧かないですよね

  3. IPのイメージ • IPって実は結構テキトウ • 途中でデータを無くしてもお構いなし • 途中のネットワークが混んでてもお構いなし 隣の人、受け渡しが遅いけど、いつも通り送っちゃえ 水こぼしちゃったけどまあいいか

  4. TCPのイメージ（１） • TCPはテキトウな部分を補う • データの到達保証（信頼性確保） • ネットワーク混雑の回避（輻輳制御） 返ってくるバケツが足りないな・・・・再送しないと ・少し送る頻度を控えよう

  5. TCPのイメージ（２） • コネクション型 • 初めに信頼関係をガッチリ作っておく 今からバケツを送るけどいい？ いいよー、自分も今からバケツを送るけどいい？ いいよー

  6. もっと詳しく見てみよう • 以下の手順で話します • コネクション確立 • 信頼性確保をするには • 効率良く送信するには • 輻輳制御するには • コネクション切断

  7. SYN SYN+ACK ACK １．コネクション確立 • スリーウェイハンドシェイク 今からコネクション確立するよ？ 了解、自分からも確立するよ？ いいよー

  8. データの分割 • データはMSSのサイズで分割されます • MSS: Maximum Segment Size • 例えば MSS = 1000 だとすると．．． 元のデータ 3000 分割されたデータ 1000 1000 1000 セグメント

  9. シーケンス番号 • 分割されたデータ（TCPセグメント）に識別するために，ユニークな番号を割り当てます • 初期値を例えば10000とすると 1000 1000 1000 10001 11000 11001 12000 12001 13000

  10. SYN SYN+ACK ACK １．コネクション確立 • スリーウェイハンドシェイク時に，初期シーケンス番号，ACK番号，MSS長を交換する

  11. データ1000 データ1000 データ1000 データ1000 Seq No. Seq No. Seq No. Seq No. Ack No. Ack No. Ack No. Ack No. MSS MSS MSS MSS 11001 12001 10001 11001 20001 20001 20001 20001 1000 1000 1000 1000 Seq No. Seq No. Ack No. Ack No. MSS MSS 20000 20000 11001 11001 1000 1000 ２．信頼性確保をするには ×

  12. データ1000 データ1000 データ1000 Seq No. Seq No. Seq No. Ack No. Ack No. Ack No. MSS MSS MSS 10001 12001 11001 20001 20001 20001 1000 1000 1000 Seq No. Ack No. MSS 20000 11001 1000 ３．効率良く送信するには • 毎回ACKを待っているのは効率悪い！ • まとめて送っちゃおう

  13. ウィンドウ • セグメントのどの部分を送るか • 送信に成功したらウィンドウをずらす • →スライディングウィンドウ ウィンドウ

  14. ３．効率良く送信するには • 効率よく送信する＝ウィンドウを大きくする • ただし，単にウィンドウを大きくしてもダメ • 輻輳（ふくそう）が発生する • 送信相手の限界を超える可能性がある • 最大ウィンドウサイズをスリーウェイハンドシェイクに，現在の利用可能ウィンドウサイズをACKに含める ウィンドウ

  15. ４．輻輳制御するには • 一般的なアルゴリズム (AIMD) • ウィンドウサイズを倍々に大きくする • ある程度の閾値で少しずつ大きくする • 輻輳が起きたらウィンドウを半分にする 出典： 3 Minutes Networking

  16. FIN ACK ACK FIN ５．コネクション切断 • 最後も礼儀正しく もうコネクションを切るよ？ 了解 自分からもコネクションを切るよ？ いいよー

  17. TCPヘッダ • 20バイトで構成される

  18. ネットワークの中身を覗こう

  19. ネットワークの中身を覗くソフトウェアといえばネットワークの中身を覗くソフトウェアといえば 09:51:42.562095 localhost.miteksys-lm > localhost.echo: P 1:7(6) ack 1 win 57344 (DF) [tos 0x10] 4510 0042 5c5a 4000 4006 e049 7f00 0001 7f00 0001 05ca 0007 0248 8030 0249 a535 a018 e000 85de 0000 0101 080a 0001 5ffd 0001 5fea 0101 0b06 0000 0229 7465 7374 0d0a 09:51:42.562533 localhost.echo > localhost.miteksys-lm: P 1:23(22) ack 7 win 57344 (DF) 4500 0052 5c5b 4000 4006 e048 7f00 0001 7f00 0001 0007 05ca 0249 a535 0248 8036 a018 e000 b4ad 0000 0101 080a 0001 5ffd 0001 5ffd 0101 0b06 0000 022a 6f72 6967 696e 616c 2065 6368 6f64 3a20 7465 7374 0d0a 09:51:42.568522 localhost.miteksys-lm > localhost.echo: . ack 23 win 57322 (DF) [tos 0x10] 4510 003c 5c5c 4000 4006 e04d 7f00 0001 7f00 0001 05ca 0007 0248 8036 0249 a54b a010 dfea 7ab7 0000 0101 080a 0001 5ffd 0001 5ffd 0101 0b06 0000 0229 • tcpdump • Ethereal • 3D-tcpdump

  20. 自作ネットワーク監視ツール • 自分で簡単に作成することが出来ます • 今日はWindows上で作成してみましょう • UNIX系OSならもっと簡単にできます • 必要なもの • WinPcap • http://www.winpcap.org/install/default.htm • Cygwin + gcc (C言語コンパイラ) • http://www.cygwin.com/

  21. 今日の授業のURL • ここからも情報を参照できます • http://www.ht.sfc.keio.ac.jp/~ichiriki/kg-tutorial2006f-wiki/

  22. 今日の目標 • サンプルプログラムに下記の改造を加えよう • Ehternetフレームを16進表示しよう • IPの送信元・送信先アドレスを表示しよう • pingを受け取ったら “Hello, ping world” と表示しよう • HTTPのGETリクエストだったら， “HTTP DATA” と表示しよう • （発展編）自分でパケットを組み立てて送信しよう

  23. １．Ethernetフレームを16進表示しよう • 122行目の pkt_data に取得したネットワークのデータが入っています • 構造 pkt_data Ethernetヘッダ IPヘッダ TCPヘッダ ペイロード

  24. １．Ethernetフレームを16進表示しよう • Ethernetフレームのサイズ • header->len で参照できます • 表示するには • printf(“%2X”, pkt_data[0]) とすると最初の1バイトを表示できます • あとはフレームのサイズ分を繰り返すだけ

  25. １．Ethernetフレームを16進表示しよう • 16進表示する関数 void hexdump(unsigned char *p, int count) { int i, j; for(i = 0; i < count; i += 16) { printf("%04x : ", i); for (j = 0; j < 16 && i + j < count; j++) printf("%2.2x ", p[i + j]); for (; j < 16; j++) { printf(" "); } printf(": "); for (j = 0; j < 16 && i + j < count; j++) { char c = toascii(p[i + j]); printf("%c", isalnum(c) ? c : '.'); } printf("\n\n"); } }

  26. ２． IPの送信元・送信先アドレスを表示しよう • IPヘッダを取得するには struct ip *ip = (struct ip_header *) (pkt_data + sizeof(struct eth_header)); pkt_data Ethernetヘッダ IPヘッダ TCPヘッダ ペイロード

  27. ２． IPの送信元・送信先アドレスを表示しよう • IPの送信元アドレスを取得するには • ip->src • IPの送信先アドレスを取得するには • ip->dst • でも，このアドレスはバイナリ表現（32ビットの整数）

  28. ２． IPの送信元・送信先アドレスを表示しよう • 表示例 • winsock2 のinet_ntoa を利用する方法もあります • そっちの方が一般的かも？ printf("SRC %d.%d.%d.%d DST %d.%d.%d.%d\n", ip->src.a, ip->src.b, ip->src.c, ip->src.d, ip->dst.a, ip->dst.b, ip->dst.c, ip->dst.d );

  29. ３． pingを受け取ったら “Hello, ping world” と表示しよう • IPパケットがICMPかどうかを参照するには • ip->protocol を見ます • ICMPなら1 • TCPなら6 • UDPなら17

  30. ３． pingを受け取ったら “Hello, ping world” と表示しよう • 解答例 if (ip->protocol == ICMP){ printf("Hello, ping world!\n");

  31. ４． HTTPのGETリクエストだったら， “HTTP DATA” と表示しよう • この問題文はつまり • トランスポートプロトコルがTCPであること • ポートが80番であること • ペイロードの最初の3文字が“GET”であること

  32. ４． HTTPのGETリクエストだったら， “HTTP DATA” と表示しよう • IPパケットがICMPかどうかを参照するには • ip->protocol を見ます • ICMPなら1 • TCPなら6 • UDPなら17

  33. ４． HTTPのGETリクエストだったら， “HTTP DATA” と表示しよう • TCPの定義 struct tcp_header{ short int Port[2]; unsigned int Squence; unsigned int Ack; u_char Offset; u_char FLG; short int Window; short int CheckSum; short int Urgent; unsigned char Option; };

  34. ４． HTTPのGETリクエストだったら， “HTTP DATA” と表示しよう • TCPヘッダを取得するには • 送信先ポートを参照するには • Port[1] struct tcp_header *tcp = (struct tcp_header *) (pkt_data + sizeof(struct eth_header) + sizeof(struct ip_header)); pkt_data Ethernetヘッダ IPヘッダ TCPヘッダ ペイロード

  35. ４． HTTPのGETリクエストだったら， “HTTP DATA” と表示しよう • ペイロードを取得するには • 最初の3文字がGETであるかを確認するには • strncmp を使いましょう struct u_char *payload = (u_char *) (pkt_data + sizeof(struct eth_header) + sizeof(struct ip_header) + sizeof(struct tcp_header)); pkt_data Ethernetヘッダ IPヘッダ TCPヘッダ ペイロード

  36. ５．（発展編）自分でパケットを組み立てて送信しよう５．（発展編）自分でパケットを組み立てて送信しよう • ここを参考に．．． • http://dog.tele.jp/winpcap/html/group__wpcap__tut8.html • pcap_sendpacket 関数を使います • ヘンテコなEthernetフレーム・IPパケットも簡単に作れます • 悪用厳禁！

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