Linux 网络分析必备技能:tcpdump 实战详解
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2022-04-30 00:15
今天要分享的是 tcpdump
,它是 Linux 系统中特别有用的网络工具,通常用于故障诊断、网络分析,功能非常的强大。
相对于其它 Linux 工具而言,tcpdump
是复杂的。当然我也不推荐你去学习它的全部,学以致用,能够解决工作中的问题才是关键。
本文会从应用场景和基础原理出发,提供丰富的实践案例,让你快速的掌握 tcpdump
的核心使用方法,足以应对日常工作的需求。
应用场景
在日常工作中遇到的很多网络问题都可以通过 tcpdump 优雅的解决:
1. 相信大多数同学都遇到过 SSH 连接服务器缓慢,通过 tcpdump 抓包,可以快速定位到具体原因,一般都是因为 DNS 解析速度太慢。
2. 当我们工程师与用户面对网络问题争执不下时,通过 tcpdump 抓包,可以快速定位故障原因,轻松甩锅,毫无压力。
3. 当我们新开发的网络程序,没有按照预期工作时,通过 tcpdump 收集相关数据包,从包层面分析具体原因,让问题迎刃而解。
4. 当我们的网络程序性能比较低时,通过 tcpdump 分析数据流特征,结合相关协议来进行网络参数优化,提高系统网络性能。
5. 当我们学习网络协议时,通过 tcpdump 抓包,分析协议格式,帮助我们更直观、有效、快速的学习网络协议。
上述只是简单罗列几种常见的应用场景,而 tcpdump 在网络诊断、网络优化、协议学习方面,确实是一款非常强大的网络工具,只要存在网络问题的地方,总能看到它的身影。
熟练的运用 tcpdump
,可以帮助我们解决工作中各种网络问题,下边我们先简单学习下它的工作原理。
工作原理
tcpdump 是 Linux 系统中非常有用的网络工具,运行在用户态,本质上是通过调用 libpcap
库的各种 api
来实现数据包的抓取功能。
![](https://filescdn.proginn.com/a24303163723323bc9568fe36f2f6a64/71c307b0feab990456109784e76c68f3.webp)
通过上图,我们可以很直观的看到,数据包到达网卡后,经过数据包过滤器(BPF)筛选后,拷贝至用户态的 tcpdump 程序,以供 tcpdump 工具进行后续的处理工作,输出或保存到 pcap 文件。
数据包过滤器(BPF)主要作用,就是根据用户输入的过滤规则,只将用户关心的数据包拷贝至 tcpdump,这样能够减少不必要的数据包拷贝,降低抓包带来的性能损耗。
思考:这里分享一个真实的面试题
面试官:如果某些数据包被 iptables 封禁,是否可以通过 tcpdump 抓到包?
通过上图,我们可以很轻易的回答此问题。
因为 Linux 系统中 netfilter
是工作在协议栈阶段的,tcpdump 的过滤器(BPF)工作位置在协议栈之前,所以当然是可以抓到包了!
我们理解了 tcpdump 基本原理之后,下边直接进入实战!
实战:基础用法
我们先通过几个简单的示例来介绍 tcpdump 基本用法。
1. 不加任何参数,默认情况下将抓取第一个非 lo 网卡上所有的数据包
$ tcpdump
2. 抓取 eth0 网卡上的所有数据包
$ tcpdump -i eth0
3. 抓包时指定 -n
选项,不解析主机和端口名。这个参数很关键,会影响抓包的性能,一般抓包时都需要指定该选项。
$ tcpdump -n -i eth0
4. 抓取指定主机 192.168.1.100
的所有数据包
$ tcpdump -ni eth0 host 192.168.1.100
5. 抓取指定主机 10.1.1.2
发送的数据包
$ tcpdump -ni eth0 src host 10.1.1.2
6. 抓取发送给 10.1.1.2
的所有数据包
$ tcpdump -ni eth0 dst host 10.1.1.2
7. 抓取 eth0 网卡上发往指定主机的数据包,抓到 10 个包就停止,这个参数也比较常用
$ tcpdump -ni eth0 -c 10 dst host 192.168.1.200
8. 抓取 eth0 网卡上所有 SSH 请求数据包,SSH 默认端口是 22
$ tcpdump -ni eth0 dst port 22
9. 抓取 eth0 网卡上 5 个 ping 数据包
$ tcpdump -ni eth0 -c 5 icmp
10. 抓取 eth0 网卡上所有的 arp 数据包
$ tcpdump -ni eth0 arp
11. 使用十六进制输出,当你想检查数据包内容是否有问题时,十六进制输出会很有帮助。
$ tcpdump -ni eth0 -c 1 arp -X
listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
12:13:31.602995 ARP, Request who-has 172.17.92.133 tell 172.17.95.253, length 28
0x0000: 0001 0800 0604 0001 eeff ffff ffff ac11 ................
0x0010: 5ffd 0000 0000 0000 ac11 5c85 _.........\.
12. 只抓取 eth0 网卡上 IPv6 的流量
$ tcpdump -ni eth0 ip6
13. 抓取指定端口范围的流量
$ tcpdump -ni eth0 portrange 80-9000
14. 抓取指定网段的流量
$ tcpdump -ni eth0 net 192.168.1.0/24
实战:高级进阶
tcpdump 强大的功能和灵活的策略,主要体现在过滤器(BPF)强大的表达式组合能力。
本节主要分享一些常见的所谓高级用法,希望读者能够举一反三,根据自己实际需求,来灵活使用它。
1. 抓取指定客户端访问 ssh 的数据包
$ tcpdump -ni eth0 src 192.168.1.100 and dst port 22
2. 抓取从某个网段来,到某个网段去的流量
$ tcpdump -ni eth0 src net 192.168.1.0/16 and dst net 10.0.0.0/8 or 172.16.0.0/16
3. 抓取来自某个主机,发往非 ssh 端口的流量
$ tcpdump -ni eth0 src 10.0.2.4 and not dst port 22
4. 当构建复杂查询的时候,你可能需要使用引号,单引号告诉 tcpdump 忽略特定的特殊字符,这里的 ()
就是特殊符号,如果不用引号的话,就需要使用转义字符
$ tcpdump -ni eth0 'src 10.0.2.4 and (dst port 3389 or 22)'
5. 基于包大小进行筛选,如果你正在查看特定的包大小,可以使用这个参数
小于等于 64 字节:
$ tcpdump -ni less 64
大于等于 64 字节:
$ tcpdump -ni eth0 greater 64
等于 64 字节:
$ tcpdump -ni eth0 length == 64
6. 过滤 TCP 特殊标记的数据包
抓取某主机发送的 RST
数据包:
$ tcpdump -ni eth0 src host 192.168.1.100 and 'tcp[tcpflags] & (tcp-rst) != 0'
抓取某主机发送的 SYN
数据包:
$ tcpdump -ni eth0 src host 192.168.1.100 and 'tcp[tcpflags] & (tcp-syn) != 0'
抓取某主机发送的 FIN
数据包:
$ tcpdump -ni eth0 src host 192.168.1.100 and 'tcp[tcpflags] & (tcp-fin) != 0'
抓取 TCP 连接中的 SYN
或 FIN
包
$ tcpdump 'tcp[tcpflags] & (tcp-syn|tcp-fin) != 0'
7. 抓取所有非 ping 类型的 ICMP
包
$ tcpdump 'icmp[icmptype] != icmp-echo and icmp[icmptype] != icmp-echoreply'
8. 抓取端口是 80,网络层协议为 IPv4, 并且含有数据,而不是 SYN、FIN 以及 ACK 等不含数据的数据包
$ tcpdump 'tcp port 80 and (((ip[2:2] - ((ip[0]&0xf)<<2)) - ((tcp[12]&0xf0)>>2)) != 0)'
解释一下这个复杂的表达式,具体含义就是,整个 IP 数据包长度减去 IP 头长度,再减去 TCP 头的长度,结果不为 0,就表示数据包有 data
,如果还不是很理解,需要自行补一下 tcp/ip
协议
9. 抓取 HTTP 报文,0x4754
是 GET
前两字符的值,0x4854
是 HTTP
前两个字符的值
$ tcpdump -ni eth0 'tcp[20:2]=0x4745 or tcp[20:2]=0x4854'
常用选项
通过上述的实战案例,相信大家已经掌握的 tcpdump
基本用法,在这里来详细总结一下常用的选项参数。
(一)基础选项
-i
:指定接口-D
:列出可用于抓包的接口-s
:指定数据包抓取的长度-c
:指定要抓取的数据包的数量-w
:将抓包数据保存在文件中-r
:从文件中读取数据-C
:指定文件大小,与-w
配合使用-F
:从文件中读取抓包的表达式-n
:不解析主机和端口号,这个参数很重要,一般都需要加上-P
:指定要抓取的包是流入还是流出的包,可以指定的值in
、out
、inout
(二)输出选项
-e
:输出信息中包含数据链路层头部信息-t
:显示时间戳,tttt
显示更详细的时间-X
:显示十六进制格式-v
:显示详细的报文信息,尝试-vvv
,v
越多显示越详细
过滤表达式
tcpdump 强大的功能和灵活的策略,主要体现在过滤器(BPF)强大的表达式组合能力。
(一)操作对象
表达式中可以操作的对象有如下几种:
type
,表示对象的类型,比如:host
、net
、port
、portrange
,如果不指定 type 的话,默认是 hostdir
:表示传输的方向,可取的方式为:src
、dst
。proto
:表示协议,可选的协议有:ether
、ip
、ip6
、arp
、icmp
、tcp
、udp
。
(二)条件组合
表达对象之间还可以通过关键字 and
、or
、not
进行连接,组成功能更强大的表达式。
or
:表示或操作and
:表示与操作not
:表示非操作
建议看到这里后,再回头去看实战篇章的示例,相信必定会有更深的理解。如果是这样,那就达到了我预期的效果了!
经验
到这里就不再加新知识点了,分享一些工作中总结的经验:
1. 我们要知道 tcpdump
不是万能药,并不能解决所有的网络问题。
2. 在高流量场景下,抓包可能会影响系统性能,如果是在生产环境,请谨慎使用!
3. 在高流量场景下,tcpdump
并不适合做流量统计,如果需要,可以使用交换机镜像的方式去分析统计。
4. 在 Linux 上使用 tcpdump
抓包,结合 wireshark
工具进行数据分析,能事半功倍。
5. 抓包时,尽可能不要使用 any
接口来抓包。
6. 抓包时,尽可能指定详细的数据包过滤表达式,减少无用数据包的拷贝。
7. 抓包时,尽量指定 -n
选项,减少解析主机和端口带来的性能开销。
最后
通过上述内容,我们知道 tcpdump 是一款功能强大的故障诊断、网络分析工具。在我们的日常工作中,遇到的网络问题总是能够通过 tcpdump 来解决。
不过 tcpdump 相对于其它 Linux 命令来说,会复杂很多,但鉴于它强大功能的诱惑力,我们多花一些时间是值得的。要想很好地掌握 tcpdump,需要对网络报文(TCP/IP
协议)有一定的了解。
当然,对于简单的使用来说,只要有网络基础概念就行,掌握了 tcpdump 常用方法,就足以应付工作中大部分网络相关的疑难杂症了。
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