哈哈！TCP泄露了操作系统信息···
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2021-07-31 23:01
大家好，我是轩辕。
前几天，我在读者群里提了一个问题：
这一下，大家总算停止了灌水（这群人都不用上班的，天天划水摸鱼），开始讨论起这个问题来。
有的说通过User-Agent可以看，我直接给了一个狗头。
然后发现不对劲，改口说可以通过HTTP响应的Server字段看，比如看到像这种的，那肯定Windows无疑了。
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html
Last-Modified: Fri, 23 Aug 2019 01:02:08 GMT
Accept-Ranges: bytes
ETag: "e65855634e59d51:0"
Server: Microsoft-IIS/8.0
X-Powered-By: ASP.NET
Date: Fri, 23 Jul 2021 06:02:38 GMT
Content-Length: 1375
还有的说可以通过URL路径来判断，如果大小写敏感就是Linux，不敏感就是Windows。
于是我进一步提高了难度，如果连Web服务也没有，只有一个TCP Server呢？
这时又有人说：可以通过ping这个IP，查看ICMP报文中的TTL值，如果是xxx就是xx系统，如果是yyy就是yy系统···（不过有些情况下也不是太准确）
从TCP重传说起
今天想跟大家探讨的是另外一种方法，这个方法的思路来源于前几天被删掉的那篇文章。就是日本网络环境下访问不了极客时间的问题，当时抓包看到的情况是这个图的样子：
看到了服务器后面在不断的尝试重发了吗？当时我就想到了一个问题：
服务器到底会重传好多次呢？
众所周知，TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
其中，可靠性的一个重要体现就是它的超时重传机制。
TCP的通信中有一个确认机制，我发给你了数据，你得告诉我你收到没，这样双方才能继续通信下去，这个确认机制是通过序列号SEQ和确认号ACK来实现的。
简单来说，当发送方给接收方发送了一个报文，而接收方在规定的时间里没有给出应答，那发送方将认为有必要重发。
那具体最多重发多少次呢？关于这一点，RFC中关于TCP的文档并未明确规定出来，只是给了一些在总超时时间上的参考，这就导致不同的操作系统在实现这一机制的时候可能会有一些差异。于是我进一步想到了另一个问题：
会不会不同操作系统重传次数不一样，这样就能通过这一点来判断操作系统了呢？
然后我翻看了《TCP/IP详解·卷1》，试图在里面寻找答案，果然，这本神书从来没有让我失望过：
这一段说了个什么事情呢？大意是说RFC标准中建议有两个参数R1和R2来控制重传的次数，Linux中，这俩参数可以这样看：
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_retries1
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_retries2
tcp_retries1默认值是3，tcp_retries2默认值是15。
但需要特别注意的是，并不是最多重传3次或者15次，Linux内部有一套算法，这两个值是算法中非常重要的参数，而不是重传次数本身。具体的重传次数还与RTO有关系，具体的算法有兴趣的朋友可以看看这篇文章：聊一聊重传次数（http://perthcharles.github.io/2015/09/07/wiki-tcp-retries/）
总体来说，在Linux上重传的次数不是一个固定值，而是不同的连接根据tcp_retries2和RTO计算出来的一个动态值，不固定。
而在Windows上，也有一个变量来控制重传次数，可以在注册表中设定它：
键值路径：
HKLM\System\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters
键值名：
TcpMaxDataRetransmissions
默认值：5
我手里有一份Windows XP的源码，在实现协议栈的驱动tcpip.sys的部分中，也印证了这个信息：
不过就目前的信息来看，由于Linux的重传次数是不固定的，还没法用这个重传次数来判断操作系统。
TCP之SYN+ACK的重传
就在我想要放弃的时候，我再一次品读《TCP/IP详解·卷1》中的那段话，发现另一个信息：TCP的重传在建立连接阶段和数据传输阶段是不一样的！
上面说到的重传次数限制，是针对的是TCP连接已经建立完成，在数据传输过程中发生超时重传后的重传次数情况描述。
而在TCP建立连接的过程中，也就是三次握手的过程中，发生超时重传，它的次数限定是有另外一套约定的。
Linux：
在Linux中，另外还有两个参数来限定建立连接阶段的重传次数：
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_syn_retries
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_synack_retries
tcp_syn_retries限定作为客户端的时候发起TCP连接，最多重传SYN的次数，Linux3.10中默认是6，Linux2.6中是5。
tcp_synack_retries限定作为服务端的时候收到SYN后，最多重传SYN+ACK的次数，默认是5
重点来关注这个tcp_synack_retries，它指的就是TCP的三次握手中，服务端回复了第二次握手包，但客户端一直没发来第三次握手包时，服务端会重发的次数。
我们知道正常情况下，TCP的三次握手是这个样子的：
但如果客户端不给服务端发起第三个包，那服务端就会重发它的第二次握手包，情况就会变成下面这样：
所以，这个tcp_synack_retries实际上规定的就是上面这种情况下，服务端会重传SYN+ACK的次数。
为了进一步验证，我使用Python写了一段代码，用来手动发送TCP报文，里面使用的发包库是scapy，这个我之前写过一篇文章介绍它：面向监狱编程，就靠它了！。
下面的这段代码，我向目标IP的指定端口只发送了一个SYN包，：
def tcp_syn_test(ip, port):
# 第一次握手，发送SYN包
# 请求端口和初始序列号随机生成
# 使用sr1发送而不用send发送，因为sr1会接收返回的内容
ans = sr1(IP(dst=ip) / TCP(dport=port, sport=RandShort(), seq=RandInt(), flags='S'), verbose=False)
用上面这段代码，向一台Linux的服务器发送，抓包来看一下：
实际验证，服务器确实重传了5次SYN+ACK报文。
一台服务器说明不了问题，我又多找了几个，结果都是5次。
再来看一下Linux的源码中关于这个次数的定义：
接下来看一下Windows上的情况。
Windows
前面说过，在注册表HKLM\System\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters目录下有一个叫TcpMaxDataRetransmissions的参数可以用来控制数据重传次数，不过那是限定的数据传输阶段的重传次数。
根据MSDN上的介绍，除了这个参数，还有另一个参数用来限制上面SYN+ACK重传的次数，它就是TcpMaxConnectResponseRetransmissions。
而且有趣的是，和Linux上的默认值不一样，Windows上的默认值是2。
这就有意思了，通过这一点，就能把Windows和Linux区分开来。
我赶紧用虚拟机中的XP上跑了一个nginx，测试了一下：
果然是2次，随后我又换了一个Windows Server 2008，依旧是2次。
为了进一步验证，我通过注册表把这个值设定成了4：
再来试一下：
重传次数果然变成了4次了。
接下来在手中的Windows XP源码中去印证这个信息：
果然，不管是从实验还是从源码中都得到了同一个结论：
Linux上，SYN+ACK默认重传5次。
Windows上，SYN+ACK默认重传2次。
总结
如果一个IP开启了基于TCP的服务，不管是不是HTTP服务，都可以通过向其发送SYN包，观察其回应来判断对方是一个Linux操作系统还是一个Windows操作系统。
当然，这种方法的局限性还是挺大的。
首先，本文只介绍了一些默认的情况，但TCP的重传次数是可以更改的，如果网络管理员更改了这个数值，判断的结果就不准确了。
其次，对于有些网络服务器开启了防DDoS功能，测试发现，其根本不会重传SYN+ACK包，比如我用百度的IP测试就得到了这样的结果。
最后，没有测试其他操作系统上的情况，比如Unix和MAC OSX，为什么呢？
因此，文中介绍的这种方法只能作为一种辅助手段，仅供参考，大家能顺便了解一些关于TCP重传的知识也是很有意义的。
好了，以上就是今天的分享了，写作不易，大家看完给个三连支持呀~