使用抓包工具 Wireshark 分析 IoT 设备网络行为——设备管理运维类

1. 背景[]

当我们进行物联网开发过程中，设备调试有时候很难进行，就需要借助网络抓包工具 Wireshark 来帮我们分析设备行为，定位问题。下面我们通过一个简单案例，给大家讲解使用 Wireshark 分析设备与阿里云 IoT 物联网平台通信的过程。

2. 准备工作

2.1 创建设备

在阿里云 IoT 物联网平台创建产品，并注册设备，获取三元组。

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2.2 设备模拟程序

我们在电脑上用 Nodejs 编写 device 模拟程序，建立连接，订阅，发布，断开连接。

/** * node aliyun-iot-device.js */const mqtt = require('aliyun-iot-mqtt');//设备身份三元组+区域const options = {    "productKey": "设备PK",    "deviceName": "设备DN",    "deviceSecret": "设备Secret",    "regionId": "cn-shanghai"};
//1.建立连接const client = mqtt.getAliyunIotMqttClient(options);//2.订阅主题setTimeout(function() {    client.subscribe(`/${options.productKey}/${options.deviceName}/user/get`)}, 3 * 1000);//3.发布消息setTimeout(function() {    client.publish(`/${options.productKey}/${options.deviceName}/user/update`, getPostData(),{qos:1});}, 5 * 1000);//4.关闭连接setTimeout(function() {    client.end();}, 8 * 1000);

function getPostData() {    const payloadJson = {        temperature: Math.floor((Math.random() * 20) + 10),        humidity: Math.floor((Math.random() * 20) + 10)    }    console.log("payloadJson " + JSON.stringify(payloadJson))    return JSON.stringify(payloadJson);}

2.3 使用 Wireshark 抓取网络包

IoT 物联网平台使用 MQTT 协议通信，我们只需要配置如下规则即可： tcp and port 1883 

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2.4 启动模拟程序

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3. 网络抓包分析

随着模拟脚本执行完毕，完整的 MQTT 网络交互过程都在 wireshark 捕捉到了。为了方便我把设备 ip 标记成了 device，本次连接的阿里云 IoT 的 IP 保持不变。

3.1 TCP 的三次握手

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上面截图红框部分就是 TCP 的三次握手行为。由 device 的发起，设备端用的端口是 56150。

3.2 MQTT 的 CONNECT 行为

下图展示了 MQTT 的 Connect 的行为。点击 Connect 记录，在底部可以看到详细报文。其中 client id，user name，password 是这次 CONNECT 用来验证设备合法性的身份信息。想了解细节请 移步这里。

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身份验证完成，IoT 物联网平台会回复 CONNACK 作为 CONNECT 的响应。

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3.3 MQTT 的 SUBSCRIBE 行为

下图展示了 device 向 IoT 物联网平台订阅 topic 的过程。这里 device 主动订阅了一个 Topic，见红框部分。

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下图展示了 IoT 物联网平台响应 device 订阅的行为。

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3.3 MQTT 的 PUBLISH 行为

下图展示了 device 向 IoT 物联网平台 PUBLISH 一条 QoS=1 的消息。在报文信息里，我们可以看到消息对应的 Topic 和 Payload。

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由于是 QoS=1 消息，IoT 物联网平台会回复一条 PUBACK 给 device。

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在 IoT 物联网控制台的日志服务也能看到这条消息日志。

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3.4 MQTT 的 DISCONNECT 行为

下图展示了 device 主动发起 DISCONNECT 命令，断开 MQTT 连接通道。

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3.5 TCP 的四次挥手

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在 IoT 物联网控制台的日志服务也能看到完整的设备上下线日志，如下。

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4. 结束语

至此，我们掌握了使用 Wireshark 抓包工具分析设备和阿里云 IoT 物联网平台网络通信的基本技能，希望对大家 IoT 物联网开发有所帮助。

5. 附录

TCP 层的几个标识

物联网平台产品介绍详情：https://www.aliyun.com/product/iot/iot_instc_public_cn

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