SCTP协议详情详解.docx
《SCTP协议详情详解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SCTP协议详情详解.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
SCTP协议详情详解
SCTP协议详解
SCTP被视为一个传输层协议，它的上层为SCTP用户应用，下层作为分组网络。
在SIGTRAN协议的应用中，SCTP上层用户是SCN信令的适配模块（如M2UA、M3UA），下层是IP网。
∙SCTP相关术语
∙SCTP功能
∙SCTP基本信令流程
SCTP相关术语
1.传送地址
传送地址由IP地址、传输层协议类型和传输层端口号定义。
由于SCTP在IP上传输，所以一个SCTP传送地址由一个IP地址加一个SCTP端口号决定。
SCTP端口号就是SCTP用来识别同一地址上的用户，和TCP端口号是一个概念。
比如IP地址10.105.28.92和SCTP端口号1024标识了一个传送地址，而10.105.28.93和1024则标识了另外一个传送地址，同样，10.105.28.92和端口号1023也标识了一个不同的传送地址。
2.主机和端点
主机（HoST）主机配有一个或多个IP地址，是一个典型的物理实体。
端点（SCTPEndpoint）
端点是SCTP的基本逻辑概念，是数据报的逻辑发送者和接收者，是一个典型的逻辑实体。
一个传送地址（IP地址＋SCTP端口号）唯一标识一个端点。
一个端点可以由多个传送地址进行定义，但对于同一个目的端点而言，这些传送地址中的IP地址可以配置成多个，但必须使用相同的SCTP端口。
3.偶联和流
偶联（AssociATION）偶联就是两个SCTP端点通过SCTP协议规定的4步握手机制建立起来的进行数据传递的逻辑联系或者通道。
SCTP协议规定在任何时刻两个端点之间能且仅能建立一个偶联。
由于偶联由两个端点的传送地址来定义，所以通过数据配置本地IP地址、本地SCTP端口号、对端IP地址、对端SCTP端口号等四个参数，可以唯一标识一个SCTP偶联。
正因为如此，在GTSOFTX3000中，偶联可以被看成是一条M2UA链路或M3UA链路。
流（Stream）流是SCTP协议的一个特色术语。
SCTP偶联中的流用来指示需要按顺序递交到高层协议的用户消息的序列，在同一个流中的消息需要按照其顺序进行递交。
严格地说，“流”就是一个SCTP偶联中，从一个端点到另一个端点的单向逻辑通道。
一个偶联是由多个单向的流组成的。
各个流之间相对独立，使用流ID进行标识，每个流可以单独发送数据而不受其他流的影响。
4.通路（Path）和首选通路（PrimaryPath）
通路（Path）通路是一个端点将SCTP分组发送到对端端点特定目的传送地址的路由。
如果分组发送到对端端点不同的目的传送地址时，不需要配置单独的通路。
首选通路（PrimaryPath）首选通路是在默认情况下，目的地址、源地址在SCTP分组中发到对端端点的通路。
如果可以使用多个目的地地址作为到一个端点的目的地址，则这个SCTP端点为多归属。
如果发出SCTP分组的端点属于多归属节点时，如果定义了目的地址、源地址，能够更好控制响应数据块返回的通路和数据包被发送的接口。
一个SCTP偶联的两个SCTP端点都可以配置多个IP地址，这样一个偶联的两个端点之间具有多条通路，这就是SCTP偶联的多地址性。
SCTP偶联的多地址性是SCTP与TCP最大的不同。
一个偶联可以包括多条通路，但只有一个首选通路。
如图1所示，MGC（如GTSOFTX3000）一个端点包括两个传送地址（10.11.23.14：
2905和10.11.23.15：
2905），而SG一个端点也包括两个传送地址（10.11.23.16：
2904和10.11.23.17：
2904）。
图1SCTP双归属
此两个端点决定了一个偶联，该偶联包括4条通路（Path0、Path1、Path2和Path3）。
根据数据配置可以确定此4条通路的选择方式，如图2所示。
图中定义了4条通路，而且首选通路为Path0：
Path0：
本端传送地址1（10.11.23.14：
2905）发送SCTP分组到对端传送地址1（10.11.23.16：
2904）。
Path1：
本端传送地址1（10.11.23.14：
2905）发送SCTP分组到对端传送地址2（10.11.23.17：
2904）。
Path2：
本端传送地址2（10.11.23.15：
2905）发送SCTP分组到对端传送地址1（10.11.23.16：
2904）。
Path3：
本端传送地址2（10.11.23.15：
2905）发送SCTP分组到对端传送地址2（10.11.23.17：
2904）。
端点发送的SCTP工作原理为：
本端点传送地址A发送的SCTP包通过首选通路发送到对端端点。
当首选通路出现故障后，SCTP可以自动切换到其他备用通路上，优先切换对端端点的传送地址，再次切换本端端点的传送地址。
SCTP定义了心跳消息（HeartBeat）。
当某条通路空闲时，本端SCTP用户要求SCTP生成相应的心跳消息并通过该通路发送到对端端点，而对端端点必须立即发回对应的心跳确认消息。
这种机制被用来精确测量回路时延RTT（RoundTripTIme），而且可以随时监视偶联的可用情况和保持SCTP偶联的激活状态。
图2确定通路选择方式的数据配置
5.TSN和SSN
传输顺序号TSN（TransmissionSequenceNumber）SCTP使用TSN机制实现数据的确认传输。
一个偶联的一端为本端发送的每个数据块顺序分配一个基于初始TSN的32位顺序号，以便对端收到时进行确认。
TSN是基于偶联进行维护的。
流顺序号SSN（StreamSequenceNumber）
SCTP为本端在这个流中发送的每个数据块顺序分配一个16位SSN，以便保证流的顺序传递。
在偶联建立时，所有流中的SSN都是从0开始。
当SSN到达65535后，则接下来的SSN为0。
TSN和SSN的分配是相互独立的。
6.拥塞窗口CWND（CongestionWindow）
SCTP也是一个滑动窗口协议，拥塞窗口是针对每个目的地址维护的，它会根据网络状况调节。
当目的地址的发送未证实消息长度超过其CWND时，端点将停止向这个地址发送数据。
7.接收窗口RWND（ReceiveWindow）
RWND用来描述一个偶联对端的接收缓冲区大小。
偶联建立过程中，双方会交换彼此的初始RWND。
RWND会根据数据发送、证实的情况即时地变化。
RWND的大小限制了SCTP可以发送的数据的大小。
当RWND等于0时，SCTP还可以发送一个数据报，以便通过证实消息得知对方缓冲区的变化，直到达到CWND的限制。
8.传输控制块TCB（TransmissionControlBlock）
TCB是一种部数据结构，是一个SCTP端点为它与其他端点之间已经启动的每一个偶联生成的。
TCB包括端点的所有状态、操作信息，便于维护和管理相应的偶联。
SCTP功能
如图所示，SCTP的功能主要包括：
偶联的建立和关闭、流消息顺序递交、用户数据分段、证实和避免拥塞、消息块绑定、分组的有效性和通路管理。
图SCTP功能示意图
1、偶联的建立和关闭
偶联的建立是由SCTP用户（如M2UA、M3UA等）发起请求来启动的。
而且建立过程相对于TCP连接而言比较复杂，是个“四次握手”过程，并用到了“COOKIE”的机制。
COOKIE是一个含有端点初始信息和加密信息的数据块，通信的双方在关联建立时需要处理并交换，从而增加协议的安全性，防止拒绝服务和伪装等潜在的攻击。
SCTP提供了对激活偶联的正常的关闭程序，它必须根据SCTP用户的请求来执行，当然SCTP也提供一种非正常（即中止）程序，中止程序的执行既可以根据SCTP用户的请求来启动，也可以由SCTP协议检查出差错来中止。
SCTP不支持半打开状态（即一端可以在另一端结束后继续发送数据）。
无论是哪个端点执行了关闭程序，偶联的两端都应停止接受从SCTP用户发来请求原语。
2、流消息顺序递交
SCTP提供数据报的顺序传递，顺序传递的数据报必须放在一个“流”中传递。
流是顺序传递的基石。
通过流，SCTP将数据的确认和传输的有序递交分成两种不同机制。
SCTP使用TSN机制实现了数据的确认传输，使用流号和SSN（流顺序号）则实现数据的有序递交。
当SCTP收到数据的SSN连续的时候，SCTP就可以将数据向SCTP用户递交，而不用等到数据的TSN号连续以后才向SCTP用户递交。
当一个流被闭塞时，期望的下一个连续的SCTP用户消息可以从另外的流上进行递交。
SCTP也提供非顺序递交的业务，接收到的用户消息可以使用这种方式立即递交到SCTP用户，而不需要保证其接收顺序。
3、用户数据分段
SCTP通过对传送通路上最大PMTU（PathMaximumTransmissiONUnit）的检测，实现在SCTP层将超大用户数据分片打包，避免在IP层的多次分片、重组，可以减少IP层的数据负担。
在发送端，SCTP可以对大的用户数据报进行分片以确保SCTP数据报传递到低层时适合通路MTU（MaximumTransmissionUnit）。
在接收端，SCTP将分片重组为完整的用户数据报，然后传递给SCTP用户。
4、证实和避免拥塞
证实和重传是协议保证传输可靠性的策略，SCTP也一样。
证实机制是SCTP保证传输可靠性的基石。
避免拥塞沿袭了TCP的窗口机制，进行合适的流量控制。
?
?
SCTP在将数据（数据分片或未分片的用户数据报）发送给底层之前顺序地为之分配一个发送顺序号（TSN）。
TSN和SSN（流顺序号）是相互独立的，TSN用于保证传输的可靠性，SSN用于保证流消息的顺序传递。
TSN和SSN在功能上使可靠传递和顺序传递分开。
接收端证实所有收到的TSNs，即使其中有些尚未收到。
包重发功能负责TSN的证实，还负责拥塞消除。
5、消息块绑定
如果长度很短的用户数据被带上很大一个SCTP消息头，其传递效率会很低，因此，SCTP将几个用户数据绑定在一个SCTP报文里面传输，以提高带宽的利用率。
SCTP分组由公共分组头和一个/多个信息块组成，信息块可以是用户数据，也可以是SCTP控制信息。
SCTP用户能够可选地使用捆绑功能，决定是否将多个用户数据报捆绑在一个SCTP分组中。
为提高效率，拥塞/重发时，捆绑功能可能仍被执行，即使用户已经禁止捆绑。
6、分组的有效性
分组的有效性是SCTP提供无差错传输的基石。
SCTP分组的公共分组头包含一个验证标签（VerificATIonTag）和一个可选的32位校验码（Checksum）。
验证标签的值由偶联两端在偶联启动时选择。
如果收到的分组中如果没有期望的验证标签值，接收端将丢弃这个分组，以阻止攻击和失效的SCTP分组。
校验码由SCTP分组的发送方设置，以提供附加的保护，用来避免由网络造成的数据差错。
接收端将丢弃包含无效校验码的SCTP分组。
7、通路管理
发送端的SCTP用户能够使用一组传送地址作为SCTP分组的目的地。
SCTP管理功能可以根据SCTP用户的指令和当前合格的目的地集合的可达性状态，为每个发送的SCTP分组选择一个目的地传送地址。
当其他分组业务量不能完全表明可达性时，通路管理功能可以通过心跳消息来监视到某个目的地地址的可达性，并当任何对端传送地址的可达性发生变化时，向SCTP用户提供指示。
通路功能也用来在偶联建立时，向对端报告合格的本端传送地址集合，并把从对端返回的传送地址报告给本地的SCTP用户。
在偶联建立时，为每个SCTP端点定义一个首选通路，用来正常情况下发送SCTP分组。
在接收端，通路管理功能在处理SCTP分组前，用来验证入局的SCTP分组属于的偶联是否存在。
SCTP基本信令流程
1偶联的建立和发送流程
SCTP端点A启动建立偶联，并向端点B发送一个用户消息，随后端点B向A发送两个用户消息。
（假定这些消息没有捆绑和分段）。
信令流程如图1所示。
图1偶联建立过程消息交互图
（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：
启动标签（InitiateTag）：
对端验证标签，如设为Tag_A。
Tag_A是从1到4294967295中的一个随机数。
输出流数量（OS）：
本端点期望的最大出局流的数量。
输入流数量（MIS）：
本端点允许入局流的最大数量。
（2）端点B收到INIT消息后，立即用INITACK数据块响应。
INITACK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（InitiateTag）：
设置成Tag_B。
状态COOKIE（STATECOOKIE）：
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STATECOOKIE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。
（3）端点A收到INITACK后，首先停止INIT定时器离开COOKIE-WAIT状态，然后发送COOKIEECHO数据块，将收到INITACK数据块中的STATECOOKIE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COOKIEECHO数据块后，进行COOKIE验证。
将STATECOOKIE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STATECOOKIE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COOKIEACK数据块。
端点B向SCTP用户发送SCOMMUNCIATIONUP通知。
（5）端点A向端点B发送一个DATA数据块，启动T3-RTS定时器。
DATA数据块中必须带有如下参数：
TSN：
DATA数据块的初始TSN。
流标识符（StreamIdentifier）：
用户数据属于的流，假设流标识符为0。
流顺序码（StreamSequenceNumber）：
所在流中的用户数据的顺序。
该字段从0到65535。
用户数据（UserData）：
携带用户数据净荷。
（6）端点B收到DATA数据块后，返回SACK数据块。
SACK数据块中必须带有如下参数：
累积证实TSN标签（CumulativeTSNAck）：
端点A的初始TSN。
间隔块（GapAckBlock）：
此值为0。
端点A收到SACK数据块后，停止T3-RTX定时器。
（7）端点B向端点A发送第一个DATA数据块。
DATA数据块中必须带有如下参数：
TSN：
端点B发出DATA数据块的初始TSN。
流标识符（StreamIdentifier）：
用户数据属于的流，假设流标识符为0。
流顺序码（StreamSequenceNumber）：
所在流中的用户数据的顺序。
假设流顺序码为0。
用户数据（UserData）：
携带用户数据净荷。
（8）端点B向端点A发送第二个DATA数据块。
DATA数据块中必须带有如下参数：
TSN：
端点B发出DATA数据块的初始TSN＋1。
流标识符（StreamIdentifier）：
用户数据属于的流，假设流标识符为0。
流顺序码（StreamSequenceNumber）：
所在流中的用户数据的顺序。
此时流顺序码为1。
用户数据（UserData）：
携带用户数据净荷。
（9）端点A收到DATA数据块后，返回SACK数据块。
SACK数据块中必须带有如下参数：
累积证实TSN标签（CumulativeTSNAck）：
端点B的初始TSN。
间隔块（GapAckBlock）：
此值为0。
2偶联关闭流程
一个端点退出服务时，需要停止它的偶联。
偶联的停止使用两种流程：
偶联的中止流程（非正常关闭）和偶联的正常关闭流程。
偶联的中止（非正常关闭）可以在任何未完成期间进行，偶联的两端都舍弃数据并且不提交到对端。
此种方法不考虑数据的安全。
偶联的中止步骤比较简单：
发起端点向对端端点发送ABORT数据块，发送的SCTP分组中必须填上对端端点的验证标签，而且不在ABORT数据块中捆绑任何DATA数据；接收端点收到ABORT数据块后，进行验证标签的检查。
如果验证标签与本端验证标签相同，接收端点从记录上清除该偶联，并向SCTP用户报告偶联的停止。
偶联的正常关闭：
任何一个端点执行正常关闭程序时，偶联的两端将停止接受从其SCTP用户发来的新数据，并且在发送或接收到SHUTDOWN数据块时，把分组中的数据递交给SCTP用户。
偶联的关闭可以保证所有两端的未发送、发送未证实数据得到发送和证实后再终止偶联。
图2偶联正常关闭消息交互图
偶联的正常关闭步骤如下：
（1）偶联关闭发起端点A的SCTP用户向SCTP发送请求SHUTDOWN原因。
SCTP偶联从ESTABLISHED状态迁入SHUTDOWN-PENDING状态。
在这个状态，SCTP不接受SCTP用户在这个偶联上的任何数据发送请求。
同时等待端点A所有发送未证实的数据得到端点B的证实。
当所有端点A发送未证实数据得到证实，则向端点B发送SHUTDOWN数据块。
端点A启动T2-shutdown定时器进入SHUTDOWN-SENT状态。
启动T2-shutdown定时器的目的是等待端点B发回的SHUTDOWN-ACK数据块，如果定时器超时，则端点A必须重新发送SHUTDOWN数据块。
（2）端点B收到SHUTDOWN消息后，进入SHOUTDOWN－RECEIVED状态，不再接收从SCTP用户发来的的新数据，并且检查数据块的累积TSNACK字段，验证所有未完成的DATA数据块已经被SHUTDOWN的发送方接收。
当端点B所有未发送数据和发送未证实数据得到发送和证实后，发送SHUTDOWNACK数据块并启动本端T2-SHUTDOWN定时器，并且进入SHUTDOWN-ACK-SENT状态。
如果定时器超时了，端点B则重新发送SHUTDOWNACK数据块。
（3）端点A收到SHUTDOWNACK消息后，停止T2-shutdown定时器，并且向端点B发送SHUTDOWNCOMPLETE数据块，并清除偶联的所有记录。
端点B收到SHUTDOWNCOMPLETE数据块后，验证是否处于SHUTDOWN-ACK-SENT状态。
如果不是处于该状态，则丢弃该数据块；如果端点处于SHUTDOWN-ACK-SENT状态，端点B则停止T2-shutdown定时器并清除偶联的所有记录，进入CLOSED状态。
升级会员 