SCTP标准简介Part I：SCTP连接建立

SCTP协议最新版本是RFC 4960。

以下简单介绍SCTP标准中的一些基本概念，希望对大家阅读SCTP相关标准时有所帮助，详细资料可以参考RFC。水平所限，有错漏之处请见谅。。

1. SCTP包的格式

 0                   1                   2                   3   
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                        Common Header                          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                          Chunk #1                             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                           …                                 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                          Chunk #n                             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

图1 SCTP包基本格式

SCTP包由一个SCTP头部以及一个或多个Chunk组成。

1.1 SCTP头部

SCTP头部主要指定了源和目的SCTP端口号（这与TCP/UDP端口号类似，），以及一个唯一标识一条SCTP连接的Verification Tag（与TCP/UDP不同，TCP/UDP只能用四元组（源IP、源端口、目的IP、目的端口）来唯一确定一条连接）。

Verification Tag由连接的两端各自分配，在连接建立过程中相互通知各自分配的Tag。后续的SCTP包的发送，需要在SCTP头部填充对端分配的Verification Tag，接收方可以通过Verification Tag来查找SCTP包对应的SCTP连接。

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     Source Port Number        |     Destination Port Number   |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                      Verification Tag                         |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                           Checksum                            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

图2 SCTP头部格式

1.2 SCTP CHUNK

CHUNK是SCTP包中的一种基本结构。有两大类CHUNK类型，一种是用于传输SCTP控制信息的CHUNK（比如SCTP的建立、关闭过程，heartbeat探测等），另一种是用于传输用户数据的CHUNK。CHUNK的基本格式如下：

0                   1                   2                   3   
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|   Chunk Type  | Chunk  Flags  |        Chunk Length           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
\                                                               \
/                          Chunk Value                          /
\                                                               \
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

图3 SCTP CHUNK格式

目前定义了以下CHUNK类型：

ID Value    Chunk Type   —–       ———  
0          – Payload Data (DATA)  
1          – Initiation (INIT)  
2          – Initiation Acknowledgement (INIT ACK)  
3          – Selective Acknowledgement (SACK)  
4          – Heartbeat Request (HEARTBEAT)  
5          – Heartbeat Acknowledgement (HEARTBEAT ACK)  
6          – Abort (ABORT)  
7          – Shutdown (SHUTDOWN)  
8          – Shutdown Acknowledgement (SHUTDOWN ACK)  
9          – Operation Error (ERROR)  
10         – State Cookie (COOKIE ECHO)  
11         – Cookie Acknowledgement (COOKIE ACK)

以下通过SCTP连接的建立过程、关闭过程以及数据传输过程，看看上述各种CHUNK的作用。

2. SCTP连接建立过程

SCTP连接的建立需要在client端和server端之间四步握手，也就是要交换四条SCTP控制消息（由四个SCTP控制CHUNK传输）。

图4 SCTP连接建立过程

在图4中，SCTP的server端绑定了两个IP地址以及一个端口P2（在RFC中，这两个IP地址和一个端口组成了一个SCTP ENDPOINT。当然也可以只绑定一个IP地址，或者绑定更多的IP地址），并侦听；client端也绑定了两个IP地址以及一个端口P1，连接到server端。

2.1 INIT

在client端的应用程序调用sctp_connet()之后，协议栈会发送SCTP INIT消息给server端。

0                   1                   2                   3   
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|   Type = 1    |  Chunk Flags  |      Chunk Length             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                         Initiate Tag                          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           Advertised Receiver Window Credit (a_rwnd)          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|  Number of Outbound Streams   |  Number of Inbound Streams    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                          Initial TSN                          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
\                                                               \
/              Optional/Variable-Length Parameters              /
\                                                               \
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

图5 INIT CHUNK格式

与TCP/UDP类似，在建立连接的时候，需要在SCTP头部指定本端和对端的端口号（图4中的P1/P2）。

与TCP/UDP不同的是，client端指定了自己的IP列表（IP1和IP3)，这种信息是在INIT CHUNK的Optional/Variable-Length Parameter中携带的（详情请参考RFC 4960，section 3.3.2.1）。那这种信息是从哪里来的呢？是应用程序在调用sctp_connect()之前，通过bind()/bindx()来绑定的。需要注意的是，bind()可以绑定多个IP地址，但是只能有一个SCTP端口。这些IP地址+SCTP端口，组成一个RFC中所说的SCTP ENDPOINT。即，client端的（IP1, IP3, P1）组成了一个SCTP ENDPOINT。后续client可以用IP1作为源IP地址发包给server端，也可以用IP3作为源IP地址发包给server端。

在INIT中，还指定自己分配的本端的Verification Tag（图4中的TAG1，图5中的Initiate Tag），server端在后续发送给client端的SCTP包的头部中的Verification Tag需要指定TAG1。

由于此时并不知道server端分配的Verification Tag，因此在client发送给server端的INIT中，SCTP头部的Verification Tag字段填0（图4中INIT中的PEER_TAG）。

其他几个参数：

a_rwnd表示client端的初始接收窗口；

Number of Outbound Streams指定了发送方向的Stream的数量（注意：SCTP的有序传递，只是针对某一条Stream来说的，后面描述数据传输的DATA CHUNK的时候会详细说明）；

Number of Inbound Streams指定了接收方向的Stream的数量；

Initial TSN指定了第一个DATA CHUNK的TSN（传输序列号，SCTP双方确认的是TSN，TSN标识了一个DATA CHUNK；而TCP中，双方确认的是接收字节数）。

2.2 INIT_ACK

INIT ACK和INIT类似，不同之处是，由于server端收到INIT之后已经知道对端的Verification Tag（TAG1），因此，在INIT ACK的SCTP头部的Verification Tag字段会把TAG1填进去。

INIT ACK中，还有一个比较重要的信息，即cookie（由一种COOKIE parameter携带，详细格式请参考RFC 4960的section 3.3.3.1）。Cookie中主要包括INIT携带的内容、时间、生存周期等信息，以及通过这些信息和一个只有本地知道的KEY生成的MAC（Message Authentication Code），用于防止后续的COOKIE_ECHO被篡改。

值得注意的是，server端在发送INIT_ACK之后，一直到收到client端发回的COOKIE_ECHO之前，并不会为该连接分配内存，这样可以避免类似TCP的半连接攻击。

2.3 COOKIE_ECHO

client端需要在COOKIE_ECHO中原样返回INIT_ACK中的cookie。

server端在收到client端的COOKIE_ECHO之后，从cookie中取出有效信息（比如之前所述的INIT中指定的IP地址列表、时间、生存周期等信息），加上本地的KEY，重新计算MAC，并和cookie中的MAC比较，相同则表示有效信息没有被篡改，继续连接建立过程。比如为该连接分配内存，发送COOKIE_ACK给client端，并通知本端应用程序（即侦听该SCTP ENDPINT的应用程序）去accept一条新的SCTP连接。如果重新计算出来的MAC和cookie之中的MAC不同，则该连接建立请求会被拒绝。

2.4 COOKIE_ACK

client端收到COOKIE_ACK之后，表示该SCTP连接已经建立完成，通知本端应用程序（即调用sctp_connect()的应用程序）该连接建立成功。