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1、分类号 密级 UDC 学 位 论 文基于SCTP传输的非对称路径延迟优化方案的研究作者姓名：指导教师： 东北大学信息科学与工程学院申请学位级别：学科类别：工 学学科专业名称：计算机应用技术论文提交日期：2007年12月10日论文答辩日期：2008年1月1 4日学位授予日期：答辩委员会主席：评阅人：东 北 大 学2008 年 1月A Thesis for the Degree of Master in Computer Application TechnologyResearch on Asymmetric Path Delay Optimization With SCTP Transportb
2、y Bai YuSupervisor: Vice Professor Liu JieminNortheastern UniversityJanuary 2008独创声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。学位论文作者签名：签 字 日 期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的
3、复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。（如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意）学位论文作者签名： 导 师 签 名：签 字 日 期： 签 字 日 期：东北大学硕士学位论文Abstract基于SCTP传输的非对称路径延迟优化方案的研究摘 要随着网络接入方式的增多，无线设备如PDA等可通过诸如Wi-Fi，蓝牙，Wi-Max等不同技术接入到网络中已经很普遍了，多穴环境在无线网络中逐渐增多。流控制传输协议(SCTP)提供了优秀的架构来支持多穴。尤其是最近对SCTP在移动方面的扩展(如mSCTP)，提供了更灵活的重
4、新配置传输路径的方法（DAR），该方法允许在保持连接的SCTP偶联中加入或删除新的IP地址，从而使SCTP偶联可获得更多的传输路径，这一传输层的解决方案为移动终端的移动性提供了极大的支持。但如何在SCTP偶联的众多路径中选择传输效率最高的路径仍然是一个开放性的问题。本文首先分析并确定了非对称环境中路径延迟在众多网络性能参数中对多媒体数据传输的主导影响地位，提出了在非对称性环境下出现重传二义性情况时如何正确计算往返路径延迟即RTT的问题。针对该问题本文提出了应答包相匹配的RTT计算方法-ARDC（Ack-matched Round-trip Delay Calculation) 法，对标准SCT
5、P进行扩展，增加了RETID块和RETID Echo块。时序分析结果证明在出现重传二义性时该方法能有效地计算出正确的RTT。其次，对如何在非对称性环境中选择最小延迟路径这一开放性的问题进行了研究。提出了无线网络中非对称性路径延迟优化算法-ADOMN(Asymmetric- path Delay Optimization in Multi-homed Network)，该算法通过比较不同路径组合上的RTT差异解决了这个问题。NS2仿真实验结果证明本文提出的ADOMN算法能有效的选择出非对称环境中的最小延迟路径。这种端到端的方法是对传输层协议的改进，是独立于网络层的，因此不需要对基础设施（路由器等
6、）进行改动，节约了成本。而且因为它是独立于网络层的，所以可以提供同构网与异构网之间的无缝递交。最后，论文对未来研究工作进行了展望，并提出了建设性方案。关键词： SCTP；非对称性路径；RTT；ARDC（Ack-matched Round-trip Delay Calculation）；ADOMN(Asymmetric-path Delay Optimization in Multi-homed Network)Research on Asymmetric Path Delay Optimization With SCTP TransportAbstractIt becomes common f
7、or a wireless device to be connected to more than one access networks employing either a homogeneous technology or heterogeneous forms of access such as Wi-Fi, Bluetooth, Wi-Max, etc，so multihomed scenarios increase gradually. Stream Control Transmission Protocol (SCTP) provides support.The recent w
8、orks on SCTP include mobile extension of SCTP (mSCTP), which enables a more flexible way to reconfigure connection paths by allowing new source/destination IP addresses to be added to an ongoing SCTP association. With multiple paths potentially available to an SCTP connection during various times, h
9、ow to select among several available paths remains an open problem.The influence to Multimedia data transport brought by path delay in asymmetric scenario is analysed in this paper first,and the question how to calculate the accurate RTT in asymmetric scenario when ACK and AUPACK happen has been put
10、 forward.We proposed ACKs-matching RTT Calculation(ARDC) method to solve this problem,and we extend standard SCTP by adding RETID chunk and RETID Echo chunk.Time sequence analysis prove that the proposed method can calculate accurate RTT in asymmetric scenario when ACK and AUPACK happen.How to selec
11、t the lowest delay path in asymmetric scenario is still an open problem.We proposed Asymmetric-path Delay Optimization in Mobile Network(ADOMN) algorithm to solve this problem.ADOMN can select lowest delay path by comparing the difference of RTT on all path combination.NS2 simulation results prove t
12、hat our proposed algorith can surely reslove this problem.This end-to-end method has improved the transport layer,and it is independent of network layer,so basic establishments such as routers,gateway,etc do not have to change,which is economic.It can implement seamless handover between homogeneous
13、and heterogeneous network because of its independence to network layer.Key words：SCTP；Asymmetric path；RTT；ARDC（Ack-matched Round-trip Delay Calculation）；ADOMN (Asymmetric-path Delay Optimization in Multi-homed Network)- 1 -东北大学硕士学位论文目录目录独创声明I摘 要IIAbstractIII第一章 绪 论31.1 课题的研究背景31.2 研究内容及现实意义41.3 本文的组
14、织结构5第二章 SCTP概述62.1 SCTP的主要特性62.1.1 多流特性72.1.2 多穴特性92.1.3 安全特性112.2 SCTP与TCP及UDP的区别122.3 SCTP分组格式142.4 数据传输172.4.1 SCTP包的产生过程172.4.2 SCTP包的接收过程182.4.3 SCTP流量控制192.4.4 SCTP证实规则202.4.5 SCTP拥塞控制202.4.6 SCTP路径切换232.5 小结23第三章 非对称性环境下往返路径RTT的计算253.1 问题的提出与解决253.1.1 非对称性环境下的RTT概念253.1.2 标准SCTP中RTT的计算273.1.3
15、 非对称性环境下RTT计算的方法283.2 应答包可匹配的往返延迟计算方法的有效性验证303.2.1 拓扑结构303.2.2 时序图分析303.3 小结31第四章 非对称性环境最小延迟路径选择的实现334.1 问题的提出与解决334.1.1 非对称性环境下最小延迟路径选择的意义334.1.2 非对称性环境下最小延迟路径算法344.2 移动网络中非对称路径延迟优化算法的有效性验证354.2.1 NS2-SCTP仿真环境354.2.2 仿真结果分析374.3 小结39第五章 总结与展望415.1 本文工作总结415.2 未来研究方向41参考文献42研究生期间发表的文章45致 谢46第一章 绪 论1
16、.1 课题的研究背景因特网和电信网曾经一度是两个独立的网络，它们提供不同的业务因特网的爆炸式发展和人们的对电信业务的更多需求，驱动着两大网络的融合。IP技术的飞速发展，促使网络融合朝着以IP为基础的分组网方向发展。然而，电信网中的电路交换到分组交换将是一个长期的渐进过渡的过程。在这过渡过程中，以电路交换为基础的网络和以分组交换为基础的网络之间的通信首先要求信令能够互联互通。只有实现了信令的互连互通，才会促进电信网和分组网的最终统一。基于互联互通的需要，IETF在1998年正式成立了一个新的工作组信令传送工作组(SIGTRAN)，主要负责设计与制定IP网上传送的PST信令的标准与协议。而SS7就
17、是PSTN的信令。SS7网和IP网的信令互通要求保留原有的SS7网和IP网的协议栈，并在此基础上使得IP网即能传送语音流又能传送SS7信令。为此，SIGTRAN第一步工作就是产生报告文档RFC27191，指明在IP上传输电话信令所需功能和性能需求2，还阐述了信令消息对丢失率、延时以及安全性等方的要求，同时给出了信令互通的体系结构。后来Randall Stewart和Qiaobing Xie提交的多网络数据报传输协议3（MDTP）获得一致好评。接着MDTP演到SCTP4（Stream Control Transport Protocol），不仅仅名称发生改变，协内容变动也很大。相对于MDTP，S
18、CTP完全改变了协议数据报头和内部的数据结构，采用Cookie机制来有效抵御伪攻击，数据传送过程中使用了TCP5的拥塞控制策略。另外，在消息绑定、数据分段等方面也作了很大修改。2000年1月，SIGTRAN6对SCTP再次作了一个很大的变动，直接改协议栈，使SCTP直接运行于IP层上，这意味着SCTP从此可以在操作系统内核中实现。经过不断的研究，SIGTRAN工作组在2000年10月正式布RFC2960，详细阐述了SCTP这个新的传输协议。新诞生的SCTP集合了TCP、UDP7的优点，克服了TCP固有的队头塞、DoS8攻击，另外新增了许多功能，如多流9、多穴9、面向消息传输Cookie安全机制
19、10，动态地址重配置11、部分可靠传输12、支持移动IP等等。不但满足了在分组网上传输信令的要求，而且成为了通用的传输协议，能提供更好的多媒体传输服务，移动环境下端到端的高效服务。SCTP被业界称为超级TCP，在下一代网络中，很有可能取代当前流行的TCP。1.2 研究内容及现实意义SCTP是新诞生的协议，协议的功能不断的增加，性能不断的增强。目前主要是在网络模拟中研究，也有一些公司、大学、组织搭建了SCTP实验网。国外的研究侧重于起草标准。定义SCTP负荷分担草案(多路径同时传输) 14；制定部分可靠传输标准；提交建立SCTP偶联后的动态地址重配置；提交SCTP API草案15；定义SCTP对
20、移动IP的支持；提交单播拥塞控制建议标准TCP友好可变速率控制等等。其中特拉华大学的协议工程实验室(P.E.L.) 16受美国军方(ARL，美国陆军研究实验室)的资助，重点研究SCTP在移动网络和Ad hoc17网上的应用，包括军事应用。除了PEL，国外主要研究机构有思科、SUN、诺基亚等。国内的研究侧重于应用。SCTP与TCP的比较18；SCTP在移动环境下的性能研究(比如平滑切换19，移动IP20，最后一跳性能恶化问题21，基于SCTP移动Internet传输模型22等)；基于独立路径拥塞控制的SCTP负荷分担机制研究23；结合SS7的研究24；SCTP的安全问题；军事应用25等等。国内研
21、究在广度上逐渐跟上国际步伐，但在深度上，权威性方面还有一定距离。国内在这方面研究比较多的机构有北京邮电大学、南京邮电大学、华为、中兴等。本文的主要工作包括：提出了ARDC（Ack-matched Round-trip Delay Calculation）方法，解决了非对称环境下精确RTT计算问题，对标准SCTP进行了扩展，对协议起到了补充的作用。提出了ADOMN（Asymmetric-path Delay Optimization in Multi-homed Network）算法，解决了非对称环境下的最小延迟路径选择问题，对延迟敏感数据的传输起到了优化作用。ARDC方法的提出，解决了ACK应
22、答数据包二义性问题，保证了RTT的正确计算。增加了2个数据模块RETID和RETID Echo，该扩展对SCTP协议的修改很小，因此并不需要大规模的修改SCTP协议栈代码，便于实现。ADOMN算法解决了如何在无线非对称性多穴SCTP环境中选择最小延迟路径的问题。这种端到端的路径选择算法是针对传输层协议的改进，是独立于网络层的，因此不需要对基础设施（路由器等）进行改动，节约了成本。而且因为它是独立于网络层的，所以可以提供同构网与异构网之间的无缝递交。该算法同样适用于一端是单穴，而另一端是多穴的情况。1.3 本文的组织结构全文一共分为五章。第一章 引言。主要介绍课题的研究背景，国内外的研究现状及本
23、文的研究内容。第二章 SCTP概述。主要是介绍SCTP相关技术。包括SCTP的主要特性，SCTP与TCP及UDP的区别，SCTP数据传输过程，以及SCTP未来的发展方向。第三章 非对称性环境下往返路径RTT的计算。主要是分析标准SCTP中计算RTT出现的不足，并针对该不足，提出了解决方法，最后进行了时序分析模拟。第四章 非对称性环境下最小延迟路径选择的实现。主要是针对非对称性环境中的路径选择问题进行了研究，提出了基于最小延迟的路径选择算法，并给出了相关的模拟实验与结果分析。第五章 总结和展望。对本文作以总结，并提出了对未来的展望东北大学硕士学位论文第二章 SCTP概述第二章 SCTP概述2.1
24、 SCTP的主要特性如图2.1所示，SCTP位于SCTP用户和IP网络层之间，类似于TCP、UDP，是传输层协议，是面向连接的可靠传输协议。图2.1 SCTP视图Fig.2.1 SCTP View偶联类似于TCP的连接，但它的意义更广。TCP的连接只有一条传输路径，而偶联可以有多条传输路径。如图2.2所示，图中的一个偶联中有两条传输路径。图2.2 SCTP偶联Fig.2.2 SCTP association偶联的表达式为：10.80.168.111,202.180.167.165:300,10.190.167.12,220.180.167.19:400 SCTP有3个本质特性，这些特性使其突破
25、了TCP、UDP的固有不足，具备先天优势，既满足了因特网对通用传输协议的需求，又推进了三网合一。2.1.1 多流特性流是偶联中单向逻辑通道，是消息序列。一条偶联中可以有多条流，即多流，如图2.3所示。各条流相互独立。流内可以顺序传输，递交；也可无序传输，递交，这取决于应用层对流的性质的规定。图2.3 偶联中的多流Fig.2.3 Multistream in associationSCTP的消息具备定界机制。消息是以数据块(DATA CHUNK)为载体的，见图2.4。数据块头Length(长度)用于消息定界。FLAGS有3个比特。第一比特“U(unorder)”用于表示消息是否需要有序。如果不要
26、求有序的，那么消息的“U”置1。第二、三比特“B”“E”是begin,end的缩写，如果消息太大，就要把消息拆分，拆分后的第一块B置1，拆分后的最后一块E置1。如果打成的IP包大于MTU(最大传输单元)，那么消息就要被拆分。因为即使SCTP不把它拆分，路由器也会把IP包再拆分，这时就增加了网络层的压力。现在SCTP能自动检测出MTU，先行拆分，减少了网络层的压力。性能又提一层。Stream Identifer是流标识符，标识各自独立的流。Stream Sequeue Num是流内序号。图2.4 Data Chunk的分组格式Fig.2.4 Format of Data ChunkSCTP可以对
27、大消息拆分，也可以对小消息捆绑。如果消息字节数太少，比如信令消息，就可以捆绑在同一个SCTP包里，然后再发送。这样提高了SCTP的传输效率，降低了开销。多流应用潜力非常广泛，音视频传输26，WEB访问，FTP传输等等。音视频传输是指音频、视频放在不同的流里面，两者相互独立，假使网络性能不好，丢掉了大数据量的视频，小数据量的音频还是能很好传送到收端，不耽误收听、交流。而且音频、视频都设置成无序方式(U=1)，一旦到达收端，立即递交至高层，提高实时性。WEB访问是指在WEB里种类丰富的多媒体信息，如文本、图片、动画、视频、声音等等，不同的种类可以放在不同的流里传输。通过举例WEB访问来说明多流的优
28、越性。假定WEB服务器有3个小文件，每个文件打包成两个报文。不同的文件用不同的形状表示。三角形为数据文件，圆形为音频文件，方形为图片文件。基于TCP的WEB访问方式。如果客户端和服务器建立了一条连接，如图2.5所示。第一个报文丢失，客户端收到了之后的所有报文，也只能放在缓存里，不能递交给用户，等待报文1的到达。这是TCP典型的队头阻塞27问题。它势必造成较大的延时。图2.5 一条TCP连接的Web访问Fig.2.5 Web access through an TCP connection为克服队头阻塞，提高传输效率，客户端与服务器建立3条连接，分别传输3个文件，如图2.6所示。在连接1，报文1
29、丢失，报文2收到后只能在缓存中等待，不能立即递交。在连接2，报文乱序，报文4先到达，但不能立即递交给用户，需等报文3到达并排序后，才能递交给用户。在连接3，报文是顺序的，一旦到达客户端，立即递交。连接2上的文件2是音频文件，不需要严格有序，如果4报文先到达，也能立即递交给用户，那么能实时性就增强了。但TCP不能满足此要求。服务器、客户端需要为3条连接中的每条连接都维护一组变量(传输控制块)，这增加了服务器、客户端的负担。对于服务器来说，它能服务的客户就变少了。此外，3条连接也增加了网络中路由器负担。这些都是TCP的弊端。图2.6 3条TCP连接的Web访问Fig.2.6 Web access
30、through 3 TCP connections服务器、客户端需要为3条连接中的每条连接都维护一组变量(传输控制块)，这增加了服务器、客户端的负担。对于服务器来说，它能服务的客户就变少了。此外，3条连接也增加了网络中路由器负担。这些都是TCP的弊端。而采用SCTP这些问题都能得以克服，如图2.7所示。3个文件用3条流来传输，流之间相互独立，当报文1丢失时，不影响流2、流3递交。这里很好地克服了队头阻塞。3条流就像TCP的3条连接。但是SCTP只用一组变量(传输控制块)来维护这一条偶联，减轻了服务器、客户端、路由器的压力。图2.7 基于SCTP传输Fig.2.7 Transport based
31、 on SCTP不但如此，SCTP还有其它优点。例子中文件2是音频文件，它不需要严格有序。可以把DATA CHUNK的FLAGS的“U”置为1，表示允许乱序。这样当乱序的报文4先到达客户端时，不用等待报文3，就直接递交给用户。这克服了队头阻塞，也提高了WEB访问的响应速度，降低了时延。多流特性，很好地满足了因特网多媒体传输，三网合一等需求。2.1.2 多穴特性多穴28即端点可以有多个地址，一般指多个IP地址。如图2.2所示，每个端点各有两个IP地址，一个偶联里有两条传输路径。SCTP建立偶联后，选择某条传输路径为主路径，其它路径为辅助路径，绝大部分数据都是在主路径上传输的，部分重发的数据有可能
32、在辅助路径上传输。SCTP具有路径故障管理功能。SCTP发送心跳块(Heartbeat)周期性检查辅助路径是否处于激活状态。如果收到心跳块证实(Heartbeat-ACK)，那么该路径是正常的，否则记录该路径错误一次。如果错误出现次数超过阈值，那么记录该路径为故障状态，关闭该路径。如果主路径故障，RTO大于60秒，那么SCTP把主路径切换到其它激活路径上继续传输，不像TCP需要再次建立连接。多穴特性保证传输的连续性，保证偶联的可靠性29。通过心跳块把偶联中的多条路径管理起来了，通过路径冗余来实现网络级容错，提高传输的可靠性。在SCTP多穴特性基础上，专家又在SCTP上扩展了动态地址重配置功能，
33、即移动SCTP。动态地址重配置是在偶联保持活动阶段，动态的增加和删除IP地址，并告诉对端将要使用的IP地址。移动SCTP不同于移动IP30。前者是传输层的移动，后者是网络层的移动。网络层的移动需要在网络层设置移动代理，这增加了网络层的复杂程度，加重了路由器的负担。动态地址重配置(移动SCTP)支持了终端的移动。终端移动本质是端到端的移动，主机的移动只应该影响那些正在与之进行通信或是将要与之进行通信的节点。而传输层刚好负责端到端通信的。所以把移动从网络层提升到传输层后，会减少对网络层的修改和升级现有的网络层设施，有利于现有网络过渡到全面支持移动性。图2.8描述了基于移动SCTP的终端移动31。在
34、第三代移动通信的Node_B的覆盖范围里有一笔记本电脑A，与对应端Z通过偶联进行通信，现在A正从C小区移向D小区。分析一下建立偶联与移动的过程。(1)A在C小区主动发起通信：A在C小区收到Node_B分配给的IP2，以IP2为地址与Z的IP1建立偶联。(2)A移动并获得新地址32：A向D小区移动，在D小区边界处得到D小区分配的新地址IP3。(3)在偶联中动态增加新地址：把IP3新地址加入到偶联中，并通知对端IP3作为主地址。(4)在偶联中动态删除旧地址：由于C小区所发送的信号能量逐渐减弱，减弱到一定门限值时，删除C小区所分配的IP2。(5)继续移动，重复24过程。图2.8 移动SCTP举例Fi
35、g.2.8 An example for mSCTP2.1.3 安全特性TCP因为在拒绝服务中易受攻击所以被SIGTRAN否定掉。而SCTP的四次握手机制很好的解决这一安全机制的问题。TCP容易受SYN Flooding33的攻击。面向连接的TCP三次握手是SYNFlooding存在的基础，SYN Flooding利用了TCP/IP的这一固有漏洞。SYN Flooding攻击的原理是：恶意攻击者向服务器发送大量SYN报文，服务器在发出SYN+ACK应答报文后无法收到客户端的ACK报文(第三次握手无法完成)，服务器端将为维护一个非常大的半连接列表而消耗非常多的CPU和内存资源，还要不断对这个列表
36、中的IP进行SYN+ACK的重试。服务器端将忙于处理攻击者伪造的TCP连接请求而无暇理睬客户的正常请求，此时从正常客户的角度看来，服务器失去响应。要想很好地抵御这类网络攻击34，需要做到如下几点：(1)网络服务器收到服务请求时，在确认此请求合法性之前，不分配任何本地资源；(2)识别出重复的或者过时的服务请求，对此类有攻击嫌疑的请求不予理睬；(3)当接收到新的服务请求时，应该赋予当前正在处理的工作以更高的优先权；(4)对于非单一传送的意外分组，不做任何响应。SCTP能够较好的满足这些特点。在一次SCTP四路握手中，INIT消息的收端不必保存任何状态信息或者分配任何资源，这样就可防范SYNFloo
37、ding等攻击。它在发送INIT-ACK消息时，采用了Cookie机制，该Cookie具有发端要建立自己状态所需的全部信息。SCTP产生一个状态Cookie的过程如下：(1)使用收到的INIT和发出的INIT-ACK块中的信息创建一个偶联的TCB(传输控制块)。(2)在TCB中，将当前日期设为创建日期，将协议参数“有效Cookie时间”设为生存期间。(3)根据TCB，收集重建TCB所需的最小信息子集，将该子集和密钥产生一个MAC(信息认证编码)。(4)结合上述最小信息子集和MAC产生状态Cookie。(5)在发送完INIT ACK(包含状态Cookie参数)后，发送方必须删除TCB以及任何与新
38、偶联有关的本地资源。当端点收到带状态Cookie的INIT-ACK时，立即用此状态Cookie向对端响应一个COOKIE ECHO块。当收端收到了对端发来的COOKIE ECHO块，则该采取以下动作。(1)使用状态Cookie中携带的TCB数据和密钥来计算MAC(RFC2104中介绍了如何生成和计算MAC)。(2)状态Cookie的鉴权是把计算出的MAC同在状态Cookie中携带的MAC进行比较，如果比较失败，则把这个包含COOKIE ECHO和数据块(可能包含)的SCTP分组直接丢弃，而不产生任何指示。(3)对状态Cookie中的创建时间标记和当前的本地时间比较，如果封装的时间已经超过了在状
39、态Cookie中携带的寿命值，则这个包含COOKIE ECHO和数据块(可能包含)的SCTP分组被丢弃，同时该端点必须向对端传送一个差错原因为“过期的Cookie(Stale Cookie)”的ERROR数据块。(4)如果状态Cookie有效，则使用COOKIE ECHO携带的TCB数据信息，向发送COOKIE ECHO块的发端创建偶联，并进入到ESTAB-LISHED状态。(5)向对端发送COOKIE ACK数据块，用来确认收到了COOKIE ECHO数据块。SCTP通过COOKIE机制，满足了抵御网络攻击所提出的要求，成就了SCTP的安全性。2.2 SCTP与TCP及UDP的区别1.UDP
40、协议UDP7协议为应用层提供不可靠的传输服务，分组格式简单，头部开销较小。它不使用确认机制来确保数据被接收端正确接收，不会重传丢失的数据，在接收端也不会按序递交数据，也不提供拥塞控制、流量控制机制。因此，UDP分组在传送过程中可能会丢失、重复、乱序。UDP协议比较适合信息量较大、实时的应用(如语音、视频传输)，而不适合需要提供可靠服务的应用，因此不是目前互联网中传输层使用的主流协议。2.TCP协议TCP4 5协议是目前应用最普遍的传输层协议，它提供面向连接的可靠的数据流服务并具备拥塞控制功能，能通过发送方、接收方和网络之间的相互协作实现在一个或多个互联的不可靠网络中进行可靠的数据传输。TCP所
41、谓的“面向连接”是指基于TCP的两个应用程序在交换数据之前要先建立TCP连接，在一条TCP连接上进行通信的只有两个系统。TCP通过重传及其确认机制来实现数据的可靠传输，要求接收端对每个收到的数据段进行确认来实现传输的可靠性。TCP发送端发送数据后启动一个重传计时器，如果发送端在重传计时器超时前没有收到对该数据的确认，或收到对该数据的三个重复ACK分组，就会采用重传恢复算法重传该数据，并启用相应的拥塞退避机制。TCP使用基于滑动窗口机制的的拥塞管理算法，采用和式增加/积式减少的拥塞控制策略，以维护网络的稳定性。TCP的设计有一定的局限性，在某些方面已不能满足应用的需求和底层链路的特性。如TCP设
42、计时假定传输链路误码率很低，分组丢失主要是由网络拥塞引起的。随着目前网络技术的发展，这些假设在很多情况下都不再成立(如，无线环境)。数据传输和多媒体通信的飞速发展，各种无线通信技术的互联，也为TCP协议的应用提出了新的挑战。同时，各种不同应用的出现，对传输层的服务特性提出了新的要求，而TCP己经不能满足新出现的应用的要求，因此很多应用开始基于UDP协议来实现自己的可靠数据传输协议。TCP主要的局限性在于4 5 6:(1)TCP提供了可靠的数据传输和数据在接收端的严格有序递交。但有些应用不需要维持数据在接收端的递交顺序，还有些应用只需要数据在接收端递交时部分有序，如N.o7信令消息，WWw业务，
43、MPEG4等业务。在这两种情况下，TCP的严格有序递交机制可能导致队头阻塞，引入不必要的延迟。(2)TCP是面向比特流的，将数据看作没有结构的字节序列进行传输。应用层只能自己标记发送的消息，采用TCP的“push”机制来确保在合理的时间内发送完这个消息。(3)TCPoskcet不支持多穴性，不能很好的支持组播。(4)TCP协议安全性较差，在初始化连接的过程中容易受到DoS(Denial of Serviee)攻击，如SYN攻击。由于TCP协议己不能满足现在各种应用的要求，也为了在PI网络上传N.o7信令，2000年，EITF(互联网工程任务组)的信令传输工作组(SIGTRAN:Signalin
44、gTransportGroup)提出了流控制传输协议SCTP，命为RFC2960，使得SCTP正式成为国际标准。由于SCTP具有适合Internet数据和多媒体传输的特性，并可能成为下一代的传输层协议，因此SCTP正成为当前研究的热点。2.3 SCTP分组格式SCTP分组由公共的分组头和若干块35 (CHUNK)组成，每个数据块中既可以包含控制信息，也可以包含用户数据。图2.9是SCTP的分组格式。图2.9 SCTP分组格式Fig.2.9 SCTP packet formatSCTP公共头(common header)共12个字节。验证标签是判别所收分组的有效性，其可以提高安全性。校验和是用于
45、判断分组是否比特错误，提高分组的可靠性。块是SCTP特有的消息格式。块主要分为控制块和数据块。下面讲解一下几个典型的块。1INIT块图2.10是INIT块格式，该块用来启动两个SCTP端点的一个偶联。启动偶联还需INIE-ACK，COOKIE-ECHO，COOKIE-ACK三块。INIT-ACK与INIT块格式一样。启动标签：INIT的收端记录启动标签参数的值。这个值必须被放置到INIT的收端发送的与该偶联相关的每个SCTP分组中的验证标签字段中。启动标签允许除0以外的的任何值。如果在收到的INIT数据块中的启动标签为0，则接收方必须作为错误处理，并且发送ABORT数据块中止该偶联。通告的接收
46、方窗口信用值(a_rwnd)：这个值表示指定的缓冲区的容量，用字节数表示，为INIT发送方为偶联预留的窗口大小。在偶联存活期间，这个缓冲区的容量不应减少(即不应把该偶联的专用缓冲区取走)，但端点可以在发送的SACK数据块中修改a_rwnd的值。最大输出/输入流数：流的数目在偶联启动的时候约定好的。图2.10 INIT块格式Fig.2.10 Format of INIT Chunk初始的TSN(Transmission Sequence Number)：定义发送方将使用的初始的TSN，该值可以设置为启动标签。2. SACK块图2.11是SACK块格式。该块用来证实数据。累积TSN证实：该字段指示收到连续TSN序列的最后一个TSN值。通告的接收方窗口信用(a_rwnd)：该字段指示修改了SACK的发送方的接收缓冲容量的字节数。图2.11 SACK块格式Fig.2.11 Format of SACK Chunk间隔证实块的数目：用来指示SACK块中包含的间隔证实块的数目。重复的TSN的数目：该字段包含了该端点收到的重复的TSN的数目。每个重复的TSN都列在间隔证实块列表后。间隔证实块开始：该字段用来指示这个间隔整数块的起始TSN偏移，为了计算实际的TSN号码必须要用累积TSN证实加上偏移号码。计算出的TSN标识用来识别第一个在这个间