使用抓包工具Wireshark分析IoT设备网络行为

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。

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 

2.4 启动模拟程序

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

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。

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

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。

下图展示了IoT物联网平台响应device订阅的行为。

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。

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

在IoT物联网控制台的日志服务也能看到这条消息日志。

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。

3.5 TCP的四次挥手

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。

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