Linux網(wǎng)絡(luò)必備技能tcpdump應(yīng)用場景和基礎(chǔ)原理與實(shí)戰(zhàn)案例

今天要分享的是 tcpdump，它是 Linux 系統(tǒng)中特別有用的網(wǎng)絡(luò)工具，通常用于故障診斷、網(wǎng)絡(luò)分析，功能非常的強(qiáng)大。

相對于其它 Linux 工具而言，tcpdump 是復(fù)雜的。當(dāng)然我也不推薦你去學(xué)習(xí)它的全部，學(xué)以致用，能夠解決工作中的問題才是關(guān)鍵。

本文會從應(yīng)用場景和基礎(chǔ)原理出發(fā)，提供豐富的實(shí)踐案例，讓你快速的掌握 tcpdump 的核心使用方法，足以應(yīng)對日常工作的需求。

應(yīng)用場景

在日常工作中遇到的很多網(wǎng)絡(luò)問題都可以通過 tcpdump 優(yōu)雅的解決：

1. 相信大多數(shù)同學(xué)都遇到過 SSH 連接服務(wù)器緩慢，通過 tcpdump 抓包，可以快速定位到具體原因，一般都是因?yàn)?DNS 解析速度太慢。

2. 當(dāng)我們工程師與用戶面對網(wǎng)絡(luò)問題爭執(zhí)不下時(shí)，通過 tcpdump 抓包，可以快速定位故障原因，輕松甩鍋，毫無壓力。

3. 當(dāng)我們新開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)程序，沒有按照預(yù)期工作時(shí)，通過 tcpdump 收集相關(guān)數(shù)據(jù)包，從包層面分析具體原因，讓問題迎刃而解。

4. 當(dāng)我們的網(wǎng)絡(luò)程序性能比較低時(shí)，通過 tcpdump 分析數(shù)據(jù)流特征，結(jié)合相關(guān)協(xié)議來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化，提高系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能。

5. 當(dāng)我們學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時(shí)，通過 tcpdump 抓包，分析協(xié)議格式，幫助我們更直觀、有效、快速的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

上述只是簡單羅列幾種常見的應(yīng)用場景，而 tcpdump 在網(wǎng)絡(luò)診斷、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、協(xié)議學(xué)習(xí)方面，確實(shí)是一款非常強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)工具，只要存在網(wǎng)絡(luò)問題的地方，總能看到它的身影。

熟練的運(yùn)用 tcpdump，可以幫助我們解決工作中各種網(wǎng)絡(luò)問題，下邊我們先簡單學(xué)習(xí)下它的工作原理。

工作原理

tcpdump 是 Linux 系統(tǒng)中非常有用的網(wǎng)絡(luò)工具，運(yùn)行在用戶態(tài)，本質(zhì)上是通過調(diào)用 libpcap 庫的各種 api 來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的抓取功能。

通過上圖，我們可以很直觀的看到，數(shù)據(jù)包到達(dá)網(wǎng)卡后，經(jīng)過數(shù)據(jù)包過濾器（BPF）篩選后，拷貝至用戶態(tài)的 tcpdump 程序，以供 tcpdump 工具進(jìn)行后續(xù)的處理工作，輸出或保存到 pcap 文件。

數(shù)據(jù)包過濾器（BPF）主要作用，就是根據(jù)用戶輸入的過濾規(guī)則，只將用戶關(guān)心的數(shù)據(jù)包拷貝至 tcpdump，這樣能夠減少不必要的數(shù)據(jù)包拷貝，降低抓包帶來的性能損耗。

思考：這里分享一個(gè)真實(shí)的面試題

面試官：如果某些數(shù)據(jù)包被 iptables 封禁，是否可以通過 tcpdump 抓到包？

通過上圖，我們可以很輕易的回答此問題。

因?yàn)?Linux 系統(tǒng)中 netfilter 是工作在協(xié)議棧階段的，tcpdump 的過濾器（BPF）工作位置在協(xié)議棧之前，所以當(dāng)然是可以抓到包了！

我們理解了 tcpdump 基本原理之后，下邊直接進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)！

實(shí)戰(zhàn)：基礎(chǔ)用法

我們先通過幾個(gè)簡單的示例來介紹 tcpdump 基本用法。

1. 不加任何參數(shù)，默認(rèn)情況下將抓取第一個(gè)非 lo 網(wǎng)卡上所有的數(shù)據(jù)包

$ tcpdump

2. 抓取 eth0 網(wǎng)卡上的所有數(shù)據(jù)包

$ tcpdump -i eth0

3. 抓包時(shí)指定 -n 選項(xiàng)，不解析主機(jī)和端口名。這個(gè)參數(shù)很關(guān)鍵，會影響抓包的性能，一般抓包時(shí)都需要指定該選項(xiàng)。

$ tcpdump -n -i eth0

4. 抓取指定主機(jī) 192.168.1.100 的所有數(shù)據(jù)包

$ tcpdump -ni eth0 host 192.168.1.100

5. 抓取指定主機(jī) 10.1.1.2 發(fā)送的數(shù)據(jù)包

$ tcpdump -ni eth0 src host 10.1.1.2

6. 抓取發(fā)送給 10.1.1.2 的所有數(shù)據(jù)包

$ tcpdump -ni eth0 dst host 10.1.1.2

7. 抓取 eth0 網(wǎng)卡上發(fā)往指定主機(jī)的數(shù)據(jù)包，抓到 10 個(gè)包就停止，這個(gè)參數(shù)也比較常用

$ tcpdump -ni eth0 -c 10 dst host 192.168.1.200

8. 抓取 eth0 網(wǎng)卡上所有 SSH 請求數(shù)據(jù)包，SSH 默認(rèn)端口是 22

$ tcpdump -ni eth0 dst port 22

9. 抓取 eth0 網(wǎng)卡上 5 個(gè) ping 數(shù)據(jù)包

$ tcpdump -ni eth0 -c 5 icmp

10. 抓取 eth0 網(wǎng)卡上所有的 arp 數(shù)據(jù)包

$ tcpdump -ni eth0 arp

11. 使用十六進(jìn)制輸出，當(dāng)你想檢查數(shù)據(jù)包內(nèi)容是否有問題時(shí)，十六進(jìn)制輸出會很有幫助。

$ tcpdump -ni eth0 -c 1 arp -X

listening on eth0， link-type EN10MB （Ethernet）， capture size 262144 bytes

1231.602995 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 網(wǎng)卡上 IPv6 的流量

$ tcpdump -ni eth0 ip6

13. 抓取指定端口范圍的流量

$ tcpdump -ni eth0 portrange 80-9000

14. 抓取指定網(wǎng)段的流量

$ tcpdump -ni eth0 net 192.168.1.0/24

實(shí)戰(zhàn)：高級進(jìn)階

tcpdump 強(qiáng)大的功能和靈活的策略，主要體現(xiàn)在過濾器（BPF）強(qiáng)大的表達(dá)式組合能力。

本節(jié)主要分享一些常見的所謂高級用法，希望讀者能夠舉一反三，根據(jù)自己實(shí)際需求，來靈活使用它。

1. 抓取指定客戶端訪問 ssh 的數(shù)據(jù)包

$ tcpdump -ni eth0 src 192.168.1.100 and dst port 22

2. 抓取從某個(gè)網(wǎng)段來，到某個(gè)網(wǎng)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. 抓取來自某個(gè)主機(jī)，發(fā)往非 ssh 端口的流量

$ tcpdump -ni eth0 src 10.0.2.4 and not dst port 22

4. 當(dāng)構(gòu)建復(fù)雜查詢的時(shí)候，你可能需要使用引號，單引號告訴 tcpdump 忽略特定的特殊字符，這里的 （） 就是特殊符號，如果不用引號的話，就需要使用轉(zhuǎn)義字符

$ tcpdump -ni eth0 ‘src 10.0.2.4 and （dst port 3389 or 22）’

5. 基于包大小進(jìn)行篩選，如果你正在查看特定的包大小，可以使用這個(gè)參數(shù)

小于等于 64 字節(jié)：

$ tcpdump -ni less 64

大于等于 64 字節(jié)：

$ tcpdump -ni eth0 greater 64

等于 64 字節(jié)：

$ tcpdump -ni eth0 length == 64

6. 過濾 TCP 特殊標(biāo)記的數(shù)據(jù)包

抓取某主機(jī)發(fā)送的 RST 數(shù)據(jù)包：

$ tcpdump -ni eth0 src host 192.168.1.100 and ‘tcp［tcpflags］ & （tcp-rst） ！= 0’

抓取某主機(jī)發(fā)送的 SYN 數(shù)據(jù)包：

$ tcpdump -ni eth0 src host 192.168.1.100 and ‘tcp［tcpflags］ & （tcp-syn） ！= 0’

抓取某主機(jī)發(fā)送的 FIN 數(shù)據(jù)包：

$ tcpdump -ni eth0 src host 192.168.1.100 and ‘tcp［tcpflags］ & （tcp-fin） ！= 0’

抓取 TCP 連接中的 SYN 或 FIN 包

$ tcpdump ‘tcp［tcpflags］ & （tcp-syn|tcp-fin） ！= 0’

7. 抓取所有非 ping 類型的 ICMP 包

$ tcpdump ‘icmp［icmptype］ ！= icmp-echo and icmp［icmptype］ ！= icmp-echoreply’

8. 抓取端口是 80，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議為 IPv4， 并且含有數(shù)據(jù)，而不是 SYN、FIN 以及 ACK 等不含數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包

$ tcpdump ‘tcp port 80 and （（（ip［2:2］ - （（ip［0］&0xf）《《2）） - （（tcp［12］&0xf0）》》2）） ！= 0）’

解釋一下這個(gè)復(fù)雜的表達(dá)式，具體含義就是，整個(gè) IP 數(shù)據(jù)包長度減去 IP 頭長度，再減去 TCP 頭的長度，結(jié)果不為 0，就表示數(shù)據(jù)包有 data，如果還不是很理解，需要自行補(bǔ)一下 tcp/ip 協(xié)議

9. 抓取 HTTP 報(bào)文，0x4754 是 GET 前兩字符的值，0x4854 是 HTTP 前兩個(gè)字符的值

$ tcpdump -ni eth0 ‘tcp［20:2］=0x4745 or tcp［20:2］=0x4854’

常用選項(xiàng)

通過上述的實(shí)戰(zhàn)案例，相信大家已經(jīng)掌握的 tcpdump 基本用法，在這里來詳細(xì)總結(jié)一下常用的選項(xiàng)參數(shù)。

（一）基礎(chǔ)選項(xiàng)

-i：指定接口

-D：列出可用于抓包的接口

-s：指定數(shù)據(jù)包抓取的長度

-c：指定要抓取的數(shù)據(jù)包的數(shù)量

-w：將抓包數(shù)據(jù)保存在文件中

-r：從文件中讀取數(shù)據(jù)

-C：指定文件大小，與 -w 配合使用

-F：從文件中讀取抓包的表達(dá)式

-n：不解析主機(jī)和端口號，這個(gè)參數(shù)很重要，一般都需要加上

-P：指定要抓取的包是流入還是流出的包，可以指定的值 in、out、inout

（二）輸出選項(xiàng)

-e：輸出信息中包含數(shù)據(jù)鏈路層頭部信息

-t：顯示時(shí)間戳，tttt 顯示更詳細(xì)的時(shí)間

-X：顯示十六進(jìn)制格式

-v：顯示詳細(xì)的報(bào)文信息，嘗試 -vvv，v 越多顯示越詳細(xì)

過濾表達(dá)式

tcpdump 強(qiáng)大的功能和靈活的策略，主要體現(xiàn)在過濾器（BPF）強(qiáng)大的表達(dá)式組合能力。

（一）操作對象

表達(dá)式中可以操作的對象有如下幾種：

type，表示對象的類型，比如：host、net、port、portrange，如果不指定 type 的話，默認(rèn)是 host

dir：表示傳輸?shù)姆较?，可取的方式為：src、dst。

proto：表示協(xié)議，可選的協(xié)議有：ether、ip、ip6、arp、icmp、tcp、udp。

（二）條件組合

表達(dá)對象之間還可以通過關(guān)鍵字 and、or、not 進(jìn)行連接，組成功能更強(qiáng)大的表達(dá)式。

or：表示或操作

and：表示與操作

not：表示非操作

建議看到這里后，再回頭去看實(shí)戰(zhàn)篇章的示例，相信必定會有更深的理解。如果是這樣，那就達(dá)到了我預(yù)期的效果了！

經(jīng)驗(yàn)到這里就不再加新知識點(diǎn)了，分享一些工作中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)：

1. 我們要知道 tcpdump 不是萬能藥，并不能解決所有的網(wǎng)絡(luò)問題。

2. 在高流量場景下，抓包可能會影響系統(tǒng)性能，如果是在生產(chǎn)環(huán)境，請謹(jǐn)慎使用！

3. 在高流量場景下，tcpdump 并不適合做流量統(tǒng)計(jì)，如果需要，可以使用交換機(jī)鏡像的方式去分析統(tǒng)計(jì)。

4. 在 Linux 上使用 tcpdump 抓包，結(jié)合 wireshark 工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，能事半功倍。

5. 抓包時(shí)，盡可能不要使用 any 接口來抓包。

6. 抓包時(shí)，盡可能指定詳細(xì)的數(shù)據(jù)包過濾表達(dá)式，減少無用數(shù)據(jù)包的拷貝。

7. 抓包時(shí)，盡量指定 -n 選項(xiàng)，減少解析主機(jī)和端口帶來的性能開銷。

最后

通過上述內(nèi)容，我們知道 tcpdump 是一款功能強(qiáng)大的故障診斷、網(wǎng)絡(luò)分析工具。在我們的日常工作中，遇到的網(wǎng)絡(luò)問題總是能夠通過 tcpdump 來解決。

不過 tcpdump 相對于其它 Linux 命令來說，會復(fù)雜很多，但鑒于它強(qiáng)大功能的誘惑力，我們多花一些時(shí)間是值得的。要想很好地掌握 tcpdump，需要對網(wǎng)絡(luò)報(bào)文（TCP/IP協(xié)議）有一定的了解。

當(dāng)然，對于簡單的使用來說，只要有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)概念就行，掌握了 tcpdump 常用方法，就足以應(yīng)付工作中大部分網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的疑難雜癥了。
編輯：lyn