網路協議之:sctp流控制傳輸協議
簡介
要講網路協議，肯定離不開OSI（Open System Interconnection）的七層模型。 我們一般關注的是網路層之上的幾層，比如IPV4 IPV6所在的網路層，TCP UDP所在的傳輸層,HTTP FTP所在的應用層等。
今天要講的sctp協議，全稱是Stream Control Transmission Protocol,翻譯成中文就是流控制傳輸協議。是由IETF在RFC 4960中提出的。
傳輸層已經有廣泛被使用的TCP和UDP協議，那麼為什麼還要發明一個SCTP協議呢？
很明顯SCTP協議是對TCP和UDP協議的提升，具體而言SCTP協議既提供了UDP協議的面向消息的特性，同時又具有TCP協議的可靠性、順序傳輸和擁塞控制的功能，並且還提供了多宿主和冗餘路徑的功能，從而提高彈性和可靠性。
本文將會詳細講解SCTP的實現原理和協議詳情。
TCP有什麼不好
TCP有什麼不好呢？TCP當然好，我們知道UDP是不可靠的消息傳輸方式，而TCP是可靠的消息傳輸方式。
UDP和TCP已經被應用在非常廣泛的應用場景中。但是一個產品或者協議不可能十全十美，肯定會有一些缺點，我們來看看TCP的缺點有哪些。
TCP和UDP最大的不同是TCP是可靠的，也就是說TCP提供了通過 Internet 可靠地傳輸數據的方法。
但是TCP為了保證可靠的數據傳輸，對傳輸做了一些限制。
比如說，TCP為了保證數據傳輸的可靠性，需要嚴格要求數據傳輸的順序。比如一個數據包被分拆成了三份分別標號為A，B，C。那麼對於接收方來說，則必須先接受數據包A，然後是B和C。如果先接受到的B，那麼接收方就會需要讓發送發重發數據包。
在這種嚴格要求數據包順序的情況下，可能會造成不必要的數據延遲和消息阻塞。
因為TCP是面向數據流的，為了標記數據流中的不同記錄，TCP中的數據需要額外添加一些標記或者編碼來對記錄進行區分。
另外，為了提升傳輸效率，避免發送多個小數據包的情況，TCP還可能會對其進行優化，也就是說等等多個小的數據包將其合併為一個大的數據包。如果不希望這樣的優化，那麼需要在TCP數據包中設置PSH標誌，明確該請求是無延遲的傳輸請求。
最後TCP還容易收到DOS(denial-of-service)攻擊。
sctp的特點
既然TCP還有諸多的缺點，那麼新的SCTP協議又有什麼特點呢？
SCTP主要有兩大特點，第一個特點就是Message-based,也就是說SCTP是面向消息的。SCTP傳輸的是一系列的消息，一個消息是一組位元組。
相比之下TCP傳輸的是位元組流。
SCTP中的一條消息可以拆分成為多個數據塊，每個數據塊中的所有數據都來自同一個用戶。當這些數據需要在IP中進行傳輸的時候，SCTP會將這些數據包打包成為SCTP packets,每個SCTP packet,都包含一個packet header，如果需要的話還可以包含控制塊，最後跟著的是數據塊。
怎麼理解TCP包和SCTP包的不同呢？
舉個例子，當客戶端以TCP協議向伺服器端發送多條消息的時候，如果消息非常短，為了提升傳輸效率，TCP可能會將這些不同作用的小的數據放到同一個TCP包中。在伺服器端接收的過程中也是一次收取這個TCP包中的所有數據，然後由應用程式本身來進行TCP包中底層數據的拆分。
對於SCTP包來說，一個SCTP包中可以包含多個data chunks，不同的data chunks可以包含不同用戶的不同消息，因為SCTP包已經對不同的消息進行了區分，所以對於伺服器端的讀取來說就相對容易很多。
下面是一個SCTP包的基本結構：
從上圖可以看出，前面的藍色部分的12個位元組是SCTP包的包頭，其中前面的兩個位元組是源埠號，接著的兩個位元組是目標埠號，然後4個位元組是驗證標記，最後的4個直接是校驗位，總共12個位元組。
header後面就是data chunks,也就是數據塊，每個chunk都包含一個類型位，flags位和長度位，後面跟著的是chunk的具體數據。
SCTP的另外一個特點就是multi-streaming,多流指的是SCTP能夠並行傳輸多個獨立的數據流，比如在訪問網頁的時候可以同時傳輸網頁中的影像和網頁的文本。
為什麼可以這樣操作呢？這也是由SCTP數據包的結構來決定的，我們可以看到SCTP的數據包中可以包含多個data chunks,這些data chunks可以包含不同的數據流過來的數據，所以面向消息的SCTP可以實現並行傳輸不同數據源數據的功能。
SCTP的另外一個特性就是Multihoming,Multihoming是multiple+homing的合成詞，字面上的意思就是多個home。
這是什麼意思呢？
我們知道對於TCP協議來說，客戶端和伺服器端都只有一個，屬於一對一進行連接的情況，如果這個連接兩端的而任何一個IP或者埠不可以，那麼整個TCP的連接就崩潰了。
那麼TCP可不可以發展為類似LSB負載均衡的模式呢？如果一個IP不可以，自動重連到備用的IP地址。
SCTP就是TCP協議的升級版本，它在增強可靠性方面做了優化。
具體而言，每個SCTP的節點都會使用心跳的機制定時檢查遠程節點的主IP地址和備用的冗餘IP地址的可達性。在SCTP中一個節點可以綁定多個IP地址。
SCTP節點將會根據收到的遠程節點的心跳返回值來確認具體的訪問資訊。
因為客戶端節點和伺服器端節點的個數可能是不同的，所以SCTP可以分為對稱的multihoming和非對稱的multihoming。
下面三個圖分別是對稱multihoming和兩個非對稱multihoming的情況：
最後，SCTP的安全性也有所提升。相較於TCP的三次握手相比，SCTP具有四次握手。
TCP的三次握手可能導致SYN攻擊。
什麼是SYN攻擊呢？我們回顧一下TCP的三次握手流程，首先客戶端發送一個SYN A請求給伺服器端，伺服器端在收到這個SYN請求之後，會將SYN請求快取起來，然後向客戶端返回SYN B，ACK A+1, 客戶端在收到回復之後，校驗ACK的值，然後再次發送ACK B+1到伺服器端。伺服器端收到B+1請求之後，最終確認客戶端的身份，連接建立完成。
上面的流程中因為伺服器端需要快取TCP客戶端的SYN消息，所以如果伺服器收到大量SYN消息的話，就造成了SYN攻擊。
相較而言，SCTP在收到客戶端的連接請求之後，並不會立即分配記憶體快取起來，而是返回一個COOKIE給客戶端。客戶端再次請求的時候，需要帶上這個COOKIE資訊，伺服器端通過COOKIE校驗，確認客戶端的身份之後,才會最終建立連接。從而避免TCP的SYN攻擊。
總結
綜上所述，SCTP可以保證有序和無數數據流的可靠傳輸，可以支援Multihoming，每個節點都可以包含多個IP地址，從而實現冗餘網路路徑之間的透明故障轉移。並提升了驗證和確認機制，可以防止SYN攻擊。
SCTP是一個非常優秀的協議。對於常用的作業系統而言，在特定的版本也提供了對SCTP的支援。比如在linux中，內核2.4版本之上都支援SCTP協議。
如果在windows或者MAC上，需要額外安裝第三方驅動，其中windows的驅動叫做SctpDrv kernel driver,MAC上的驅動叫做SCTP Network Kernel Extension for Mac OS X。
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