流控制传输协议——每周小讲堂

今天要讲的是流控制传输协议，也就是Stream Control Transmission Protocol。主要讲三个部分。

首先对SCTP进行一个简要的概述，然后介绍一下SCTP是如何通过四次握手建立一个“偶联”，这里的偶联就跟TCP中的连接是一个道理，它通过偶联这个过程能有效避免拒绝服务攻击（DoS，目的是使计算机或网络无法进行正确的服务，最常见的有计算机带宽攻击和连通性的攻击，利用TCP的缺陷来攻击）。第三部分主要讲一下SCTP的特性，以及与TCP、UDP相比的优点。

在这个模型中可以看到，SCTP处于与TCP和UDP同样的地位，都是传输层的，是标准的传输层协议。

那既然它与TCP、UDP一样，而且这两个已经使用这么广泛了，为什么我们还要一个SCTP呢？

其实SCTP的提出最早是为IP网中传输信令业务流而设计的，信令传输在实时性、安全性、可靠性等方面要求比较高，TCP协议支持多宿主困难、容易受到拒绝服务攻击、容易出现队头阻塞、实时性差、仅能支持字节流传输等缺点，因而无法满足这种要求。SCTP可以看做是TCP协议的改进，SCTP继承了TCP较为完善的拥塞控制和流量控制机制，同时也改进了TCP的一些缺点。而UDP没有确认连接的过程，安全性和可靠性也不高。

SCTP是能够处理多媒体和流通信量(stream traffic)的一种可靠的、面向报文的通用传输层协议，他能做到：

选择性确认(SACK)，与传统的ACK有点不一样，TCP里的ACK确认机制是累计确认。

支持严格有序传输、部分有序传输和无序传输，对流会进行报文序号。

支持多宿主特性(MULTI-HOMING)和多流特性，多宿主特性与多宿主主机有关，即一个主机具有多个网络接口，也就是多个IP地址，两个多宿主主机使用多个网络接口进行通信就叫多宿主特性，多流特性也就是相应的在传输中有多个流。

SCTP中建立连接的过程叫偶联，是SCTP的两个端点通过SCTP规定的四步握手机制建立的进行数据传输的通道。

如图是两个主机各有两个IP，其中就存在四条路径。当传输时中途有一条路径出现故障，就可以立马进行切换，因此在故障切换上比TCP就更好，因为TCP就一条通道，坏了就只能通过路由调整来切换，而STCP在协议中就定义好这种切换方式了，可用性会更高。

之前说TCP通过三次握手建立连接是有一些缺陷的，首先客户端向服务器发送SYN请求，然后服务器向客户端返回SYN+ACK这样一个请求，这时如果客户端不向服务器再返回一个ACK的话，服务器就会重新发送一个SYN+ACK，如果还没有客户端返回的ACK，才会丢弃这个连接。在这个过程之中，服务器有个专门处理的线程是一直处于使用当中的，就会一直占用资源，时间大概有30秒到2分钟，这就是TCP的一个缺陷。如果有人伪造IP发送大量请求的话，就会占用服务器很多资源，导致一些正常请求得不到很好的响应，这也就是SYN洪泛攻击。

SCTP建立偶联的过程是（A是客户端，B是服务器）：

(1) 端点A创建一个数据结构TCB（传输控制块）来描述即将发起的这个偶联（包含偶联的基本信息），然后向端点B发送INIT数据块。INIT数据块中主要包括如下参数：

端点A发送INIT后启动一个INIT定时器，并进入COOKIE-WAIT状态。

(2) 端点B收到INIT消息后，立即用INIT ACK数据块响应。INIT ACK数据块中必须带有如下参数：

目的地IP地址：设置成INIT数据块的起源IP地址。

启动标签（Initiate Tag）：设置成Tag_B。

状态COOKIE（STATE COOKIE）：根据偶联的基本信息生成一个TCB，不过这个TCB是一个临时TCB。这个TCB生成以后，将其中的必要信息（包含一个COOKIE生成的时间戳、COOKIE的生命期）和一个本端的密钥通过RFC2401描述的算法计算成一个32位的摘要MAC（这种计算是不可逆的）。必要信息和MAC组合成STATE COOKIE参数。

本端点传送地址。

最大入局流的数量。

最大出局流的数量。

B节点也就是服务器端节点发送完INIT ACK之后会删除该TCB，即在连接建立完成前不为连接建立过程保持任何资源，这就是相对TCP来说改善的一点。

(3) 端点A收到INIT ACK后，首先停止INIT定时器离开COOKIE-WAIT状态，然后发送COOKIE ECHO数据块，将收到INIT ACK数据块中的STATE COOKIE参数原封带回。最后端点A启动COOKIE定时器并进入COOKIE-ECHOED状态。

(4) 端点B收到COOKIE ECHO数据块后，进行COOKIE验证。将STATE COOKIE中的TCB部分和本端密钥根据RFC2401的MAC算法进行计算，得出的MAC和STATE COOKIE中携带的MAC进行比较。如果不同则丢弃这个消息；如果相同，则取出TCB部分的时间戳，和当前时间比较，看时间是否已经超过了COOKIE的生命期。如果是，同样丢弃。否则根据TCB中的信息建立一个和端A的偶联。端点B将状态迁入ESTABLISHED，并发出COOKIE ACK数据块。端点B向SCTP用户发送SCOMMUNCIATION UP通知。

端点A收到COOKIE ACK数据块后，从COOKIE-ECHOED状态迁移到ESTAABLISHED状态，并停止COOKIE定时器。端点A使用COMMUNICATION UP通知SCTP用户偶联建立成功。

相比TCP的一个好处就是，服务器并不保留任何资源，所有东西都交给客户端自己去做，让客户端自己去处理，也就没有了洪泛攻击的危险。

SCTP主要增强了其多宿主特性和多流特性。

多宿主特性就提高了可用性，在TCP上一个连接代表两台主机的网络接口之间的一个套接字，而SCTP的一个联合可以使用每台主机上的多个接口进行写作。其heartbeat机制来监视联合的路径，在检测到一条路径失效时，协议就会通过另外一条路径来发送通信数据。因此有利于网络故障切换，提高网络容错性。

SCTP通过多宿主实现传输路径的冗余，但在传输过程中仅使用主路径传输数据，RFC4960规定在以下情况下启动SCTP的故障切换机制，采用冗余路径传输数据。

超时重传和快重传：重传计时器超时或者收到3个连续的SACK时

主路径出现故障：即连续发送5个HeartBeat而没有收到HeartBeat

多流特性可以避免队头阻塞，TCP虽然是个全双工协议，但是其读写方向各自只有一个流。一个流很多情况下会发生头端阻塞，在TCP里被称为队头阻塞：

SCTP对每个流都给定了一个流编号，它被编码到 SCTP 报文中，通过联合在网络上传送。多流非常重要，因为阻塞的流（例如等待重传的流会导致报文的丢失）不会影响同一联合中的其他流。

TCP中，控制与数据通过相同的连接进行共享，可能产生控制报文处于数据报文之后的问题。而SCTP中，将控制与数据划分为单独的流，控制数据以一种更及时的方式进行处理，从而更好地利用可用资源。

讲者：高士杰

后台开发者

整理：欧霄