Протоколы транспортного уровня (TCP, UDP, SCTP)

SCTP

SCTP (Stream Control Transmission Protocol — протокол передачи с управлением потока) — протокол транспортного уровня. Выполняет те же функции, что и протоколы TCP и UDP. Но объединяет при этом их преимущества, лишает недостатков и добавляет новые возможности.

Отличия от протоколов TCP и UDP:

Основные преимущества (пояснения к таблице):

• Сохранение границ — в протоколе TCP данные передаются непрерывным потоком байт, читаются так же, поэтому программист должен сам следить за тем, как расставлять границы в этом потоке и разделать куски данных. SCTP позволяет ставить границы и обрабатывать данные пакетами, как в UDP. Но при этом гарантирует порядок доставки пакетов, обеспечивает надёжность и ориентирован на соединения. Упорядоченность пакетов, кстати, можно отключить для повышения скорости.
• Multihoming (многолинейность, множественная адресация, см. иллюстрацию ниже) — SCTP позволяет устанавливать соединение к одному серверу по разным линиям связи (например, по Wi-Fi и по Ethernet). Таким образом, если одна линия связи отвалится (скорей всего Wi-Fi), то соединение не разорвётся. Это так же позволяет передавать данные сразу по нескольким линиям, что увеличивает скорость передачи. Если в TCP одна линия связи оборвётся, то соединение будет потеряно, придётся устанавливать новое.

• Multithreading (многопоточность) — позволяет передавать несколько потоков в рамках одной ассоциации (ассоциацией в SCTP называется соединение между двумя хостами). Например в TCP данные и служебная информация передаются по одному соединению. Поэтому задержка в получении служебнной информации может быть вызвана текущей передачей данных (например, ACK может не прийти вовремя, поэтому мы пошлём дупликат). Такая проблема называется head-of-line blocking, HOL. Многопоточность позволяет передавать эти данные независимо, что приведёт к лучшему использованию доступных ресурсов.
• 4-way handshake — протокол TCP подвержен SYN-flood атакам. Злоумышленник шлёт много пакетов в короткое время для запроса TCP соединения (запрос на соединение помечен битом SYN в заголовке, поэтому и SYN-flood). Но при этом не подтверждает установление соединения. Таким образом на сервере образуются полуоткрытые соединения. Они закрываются сами по истечению таймаута. Но цель злоумышленника состоит в том, чтобы создать как можно больше таких соединений, не давая тем самым создавать новые валидные соединения из-за ограничения в их количестве на стороне сервера (сервер не может иметь бесконечное число соединений, а если сделать таймаут на обрыв слишком маленьким, то валидные соединения могут отваливаться раньше времени, что тоже нехорошо, и это всё делает syn-атаки возможными). В SCTP используется не тройное рукопожатие, а четверное (из разряда: "я хочу установить соединение - ты точно хочешь установить соединение? - да, я точно хочу установить соединение - ну тогда ладно"). Таким образом за короткий промежуток времени нельзя создать много новых соединений.

• В SCTP не бывает полузакрытых соединений, как в TCP. Если мы закрываем соединение, то сразу в обе стороны.

К сожалению, несмотря на все преимущеста, протокол SCTP не получил пока широкого распространения. Это связано с инертностью (TCP работает, зачем менять?) и сложностью поддержки на аппаратном уровне (например, вся обёртка сетевых протоколов, те же фаерволы, имеют правила в духе "пропускать только UDP, TCP" пакеты; для примера можно вспомнить, как это используется в NAT).

Источники информации

• Лекция А. Масальских — Транспортный уровень. Введение. TCP. UDP. SCTP
• SCTP в Java (примеры кода)
• RFC 4960 — SCTP