UC101
TCP/IP 報告 HTTP(Hypertext Transfer Protocol) 資策會第 79 期網路工程師養成班
指導老師：戴致禮老師
學員：范紘瑄 KIMO
撰稿日期：2010/03/25─03/28
目錄 HTTP 的濫觴
................................................................................................
HTTP 的基本原理
..............................................................................................
3 3
TCP 的三方交握 ................................................................................................... 4 .....................................................................................................................
5
............................................................................................................................
5
Cookie TLS
HTTP 持續性連線 HTTP 實驗解析
...............................................................................................
6
.........................................................................................
6
﹝實驗一﹞OSI 七層架構解析 Facebook 封包狀況 ....................................................................................................................
6
﹝實驗二﹞觀察 Facebook 持續性連線 .................................................................................................................
11
﹝實驗三﹞觀察 Facebook 的應用成是封包狀況 .................................................................................................................
12
﹝實驗四﹞觀察 Facebook TLS 的部分並與 HTTP 網頁比較 .................................................................................................................
15
總結
...........................................................................................................
17
註解
...........................................................................................................
17
參考資料
..................................................................................................
18 2
HTTP 介紹 HTTP 的濫觴： HTTP(Hypertext Transfer Protocol)即是超文字傳輸協定，主要功用是使 用於存取全球資訊網(World Wide Web，WWW)的資料，全球資訊網為各式 各樣資訊的儲存庫，一開始 HTML 是構成網路資料最基礎的元件，而 HTTP 創建的目的便是要去解讀 HTML。為了要獲取這些資訊，必須透過通訊協 定去達成，而在全球資訊網上最常使用的通訊協定便是 HTTP。
HTTP 的基本原理： HTTP 本身即是第七層 Application Layer 的協定，並且也是在主從式的 架構下的應用。在用戶端與伺服端兩者傳送資料的過程，都必須遵守此協 定。其運作的功能像是 FTP 及 SMTP 的組合，FTP 在傳送資料時是透過第 四層 Transport 層的 TCP 及 UDP 服務來傳送檔案，而 HTTP 相較於 FTP 則簡 單許多，HTTP 是只使用 TCP 此協定，因此兩者的共通點便是都有使用 TCP 服務傳送資料；而 HTTP 像 SMTP 是因為 HTTP 的資料傳送也是在用戶端與 伺服端之間傳送，此外在全球資訊網中使用的 HTTP 協定也使用了 MIME 的框架。 而用戶端要透過 HTTP 獲取在 Web 上的資訊，必須透過瀏覽器 ﹝Browser﹞去解釋及顯示 Web 上的這些資料，下方的<圖 1>是透過 Browser 瀏覽 IGoogle 網頁：
註解 [W使1]: 請參考<註解 1>
<圖 1>
3
在<圖 1>中，可發現 http://www.google.com.tw/為一個 URL，URL 為 全球資源定位器﹝Uniform Resource Locator﹞，用來存取分散在全球的文 件，藉由定位器，可以快速且正確蒐尋到所尋找的資訊。
TCP 的三方交握： 在 HTTP 當中，為了讓資料能正確傳遞，因此在第四層 Transport Layer 當中是走 TCP 協定，而使用 TCP 協定的原因是因為當開啟一個網頁時，需 要傳送相當大量的資料，而 TCP 協定提供了傳輸控制，並且可以按順序將 資料組織起來，此外倘若資料在傳輸過程當中遺失的話，TCP 協定也會做 回應程序及區段遺失或損壞再次重新傳送的機制。而當雙方要建立 TCP 連 線時，即會進行三方交握﹝Three-way handshaking﹞的動作。在接下來的 Http 實驗解析會清楚標明出三方交握的部份，而<圖 2>即為 TCP 三方交握 的示意圖： <圖 2>
4
Cookie： Cookie 是為了讓現今的 WEB 具有其它的功能，例如讓只有註冊的用戶 端登入，或者是線上購物等功能所發明的。 但是何謂 Cookie？Cookie 即是當用戶端發送的第一個封包到伺服器端， 伺服器端將第一個封包的資訊封裝起來產生一個 Cookie，而 Cookie 便會隨 著第二個封包一起傳送到第一個封包內所標示的來源位址。倘若用戶端的 來源位址正確，收到第二個封包之後，便會傳送第三個封包給伺服器端， 而第三個封包內會包含了未經過更改的 Cookie，伺服器端便可以對用戶端 的 IP 做驗證並配置資源。而 Cookie 內容則包括一些伺服器端蒐集到的相 關用戶端的資料，如帳號及密碼，此外在用戶端接收到伺服器端的回應之 後，便會將 Cookie 儲存到 Cookie 的目錄，<圖 3>便是 Cookie 的目錄。
<圖 3>
TLS： 由於我所實驗的主要是以連線 Facebook 為主，Facebook 為了保障註冊
5
的使用者帳號密碼能經由安全的傳送，是以 TLS 來提供服務，因此以 TLS 為說明。 TLS 即為傳輸層安全通訊協定﹝Transport Layer Security﹞，是為了提供 傳輸層的安全性所設計的，其是由 SSL﹝Secure Sockets Layer﹞所衍生出的。 TLS 是算在 TCP/IP 架構中應用層與 TCP 之間層，相當於 OSI 第六層 Presentation Layer 將資料做加密，TLS 為了使雙方在安全的環境下傳送訊息， 必須先通訊雙方先對三個通訊協定作協議，分別是實體認證協定、訊息認 證協定以及加解密通訊協定，透過這三個協定，可以將所需金鑰以及對應 的參數傳送給雙方，將資料作加密處理，因此 TLS 能夠讓雙方在安全的環 境下交換訊息。
HTTP 持續性連線： 持續性連線是關於到 HTTP 版本，HTTP 在 1.1 版前的版本是使用非持 續性的連線，而使用非持續性連線，每一次的要求回應就建立一個 TCP 連 線，並在讀取完資料之後，將連線關閉，對於伺服器端而言，倘若使用者 讀取更多的檔案，便會做多次 TCP 連線開啟與關閉的動作，因此會產生相 當多的負擔；而持續性連線則為傳送回應之後仍維持著連線的開啟，並等 待用戶端更多的要求。
HTTP 實驗解析：
﹝實驗一﹞ 實驗目的：利用 Wireshark 擷取連線至 Facebook 的封包，並觀察其 OSI 七層架構的情形。 實驗環境：利用 VM 建置出的 DNS 去解析 Facebook 的 IP，並於 Facebook 上執行多項應用程式。 實驗軟體：Wireshark
6
實驗步驟： 先開啟瀏覽器，鍵入 Facebook 的 URL：Http://www.facebook.com/ 並觀察到 Wireshark 中已抓取到的封包，而<圖 4>為 DNS 解析 Facebook 的 IP。 <圖 4>
<圖 5>
從<圖 5>可以觀察到 TCP 三向交握： 步驟一：52861 即為實驗中的用戶端 Port 編號，由 52861 向 HTTP 發出一
7
個[SYN]要求﹝Seq=0，flag=SYN﹞ 步驟二：當 HTTP 收到要求之後，便傳送一個區段，用來批准來資用戶端 的要求﹝Seq=0，Ack=1，flag=SYN,ACK﹞ 步驟三：用戶端回應伺服器端，並且建立連線。﹝Ack=1，flag=ACK﹞
<圖 6>
<圖 6>為連線至 Facebook 網頁的封包，經由三方交握之後，可發現在 Hypertext Transfer Protocol 中，client 端去連線到 Host：www.facebook.com， 確認連線建立。而 Get /home.php? HTTP/1.1\r\n，php 即為一個動態文件， 而後段的 1.1 即為 HTTP 的版本，目前最新版本便是 1.1。
8
接下來便以 OSI 各層解析封包的狀況： <圖 7>
<圖 7>為此登入 Facebook 封包的狀況：Frame 59 為封包的編號，此封 包為 685bytes，封包到達時間為 Mar 22,2010 22:08:30.867400000。 <圖 8>
<圖 8>為第二層 Data Link layer，標示出了封包的目的位址以及來源位 址，而各位址並包含了廠牌的序號以及 MacAddress﹝流水號﹞。
9
<圖 9>
<圖 9>為 Network Layer，顯示的是 IP 協定的表頭，並可以觀察到來源 端以及目的端的 IP。 <圖 10>
<圖 10>為 Transport Layer，顯示的是此封包的協定的資訊，從圖中可 看出為 TCP 協定的資訊，包括了來源端及目的端的 Port 編號，還有 Ack 和 長度等資訊。而我們的主題 HTTP 則預設便為 80Port。
10
<圖 11>
<圖 11>為 Application Layer，從圖中可以觀察到為連線 Facebook 網頁 的動作，並且可以觀察到 Cookie 以及 HTTP 的版本。
﹝實驗二﹞ 實驗目的：觀察 Facebook 的持續性連線，因為 Facebook 的登入之後閒置 一段時間會有逾時請重新登入的情況，則此便是關係到持續性 連線的部份。 <圖 12>
11
<圖 12>為建立連線成功之後，，可觀察到其 Connection 為 Keep-Alive，保 持連線的狀態，接下來將網頁閒置不做任何動作。 <圖 13>
<圖 13>可觀察到其 X-Cnection 為 Close 狀態，因此驗證了 HTTP 1.1 版本逾 時一段時間之後即會中斷連線。驗證的過程時間為：67.390981 秒─ 283.183802 秒此段時間，封包編號為 59 及 2036。
﹝實驗三﹞ 實驗目的：觀察 Facebook 的應用程式封包狀況，由於 Facebook 含多種功 能及應用程式，在下列實驗中，以觀察 Facebook 的 Poke 功能 以及觀察 Facebook 開心農場兩種封包狀況為實驗。
12
Poke 功能：Poke 功能為 Facebook 其中一項功能之一，如圖<14>所示， 可以在網頁上〝戳〞好友，並可進行對話。<圖 15>即為發佈對話給好友， TEST!!TEST!!TEST!!TEST!!TEST!!的訊息可以從 Hypertext Transfer Protocol 中 發現到對話內容，Poke 封包內容如<圖 15>：
<圖 14>
13
<圖 15>
而開心農場的封包觀察結果可發現則多為好幾個 JPEG、JFIF 以及 FLASH 等封包，開心農場為一動態網頁，要將傳輸的資料轉換為 JPEG 及等圖文並 茂的網頁，便是透過 Presentation Layer 轉換表達的方式，下方<圖 15>便是 其封包內容。
14
<圖 15>
﹝實驗四﹞ 實驗目的：在連線至 Facebook 網頁時，可發現其封包經過 TLS 加密的關係， 因此可以做到帳號及密碼的保護，此實驗觀察 Facebook 封包的 TLS 以及以自己在 VM 環境中所架設 IIS 簡單網頁並連線去觀察 封包。
15
<圖 16>
<圖 16>是連線至 Facebook 的封包，可發現經由加密過後，下方顯示 的則為亂碼，而<圖 17>為自己 IIS 網頁，並以登入方式觀察封包，可發現 輸入的帳號密碼皆為明碼的方式，缺乏安全性，<圖 18>則為連線至 IIS 網 頁的封包內容： <圖 17>
16
<圖 18>
總結： 從實驗中可觀察出 Facebook 的 OSI 七層情況，實驗的兩個應用程式 Poke 為明碼情形可以觀察到對話；開心農場則為經由 Presentation Layer 轉換為用戶端看得懂的格式。並且可以從封包中分析出 Facebook 經由 TLS 服務可以將帳號及密碼作保護。
註解： 註解<1>：MIME 是多用途網際網路郵件擴展（Multipurpose Internet Mail
17
Extensions）是一個網際網路標準，它擴展了電子郵件標準，使電子郵件能 夠支持非 ASCII 字元等多種格式的消息。
參考資料： TCP/IP 通訊協定﹝第三版﹞13、22、28 章節 ─ 作者：Behrouz A. Forouzan 及 Sophia Chung Fegan <2> 資訊通訊網路﹝第四版﹞ ─ 作者 Behrouz A. Forouzan <3> WIKI 百科全書 ─ http://zh.wikipedia.org/wiki/Wiki <1>
18