TCP协议与SCTP协议的区别

TCP服务

目录

TCP服务

 TCP消息头

 TCP建立三次连接的过程(三次握手)

 TCP终止连接过程(四次挥手)

SCTP协议

SCTP与TCP的区别



TCP将用户数据打包构成报文段,它发送数据时启动一个定时器,另一端收到数据进行确认,对失序的数据重新排序,丢弃重复的数据。TCP提供一种面向连接的可靠的字节流服务,面向连接意味着两个使用TCP的应用(B/S)在彼此交换数据之前,必须先建立一个TCP连接,类似于打电话过程,先拨号振铃,等待对方说喂,然后应答。在一个TCP连接中,只有两方彼此通信。
TCP可靠性来自于:
(1)应用数据被分成TCP最合适的发送数据块
(2)当TCP发送一个段之后,启动一个定时器,等待目的点确认收到报文,如果不能及时收到一个确认,将重发这个报文。
(3)当TCP收到连接端发来的数据,就会推迟几分之一秒发送一个确认。
(4)TCP将保持它首部和数据的检验和,这是一个端对端的检验和,目的在于检测数据在传输过程中是否发生变化。(有错误,就不确认,发送端就会重发)
(5)TCP是以IP报文来传送,IP数据是无序的,TCP收到所有数据后进行排序,再交给应用层
(6)IP数据报会重复,所以TCP会去重
(7)TCP能提供流量控制,TCP连接的每一个地方都有固定的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送缓存区能接纳的数据。
(8)TCP对字节流不做任何解释,对字节流的解释由TCP连接的双方应用层解释。

TCP数据是封装在一个IP数据中。

 TCP消息头

TCP协议与SCTP协议的区别

 ●源、目标端口号字段:占16比特。TCP协议通过使用”端口”来标识源端和目标端的应用进程。端口号可以使用0到65535之间的任何数字。在收到服务请求时,操作系统动态地为客户端的应用程序分配端口号。在服务器端,每种服务在”众所周知的端口”(Well-Know Port)为用户提供服务。
 ●顺序号字段:占32比特。用来标识从TCP源端向TCP目标端发送的数据字节流,它表示在这个报文段中的第一个数据字节。
 ●确认号字段:占32比特。只有ACK标志为1时,确认号字段才有效。它包含目标端所期望收到源端的下一个数据字节。
 ●头部长度字段:占4比特。给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节;最多可以有60字节的TCP头部。
 ●标志位字段(U、A、P、R、S、F):占6比特。各比特的含义如下:
 ◆URG:紧急指针(urgent pointer)有效。
 ◆ACK:为1时,确认序号有效。
 ◆PSH:为1时,接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。
 ◆RST:为1时,重建连接。
 ◆SYN:为1时,同步程序,发起一个连接。
 ◆FIN:为1时,发送端完成任务,释放一个连接。
 ●窗口大小字段:占16比特。此字段用来进行流量控制。单位为字节数,这个值是本机期望一次接收的字节数。
 ●TCP校验和字段:占16比特。对整个TCP报文段,即TCP头部和TCP数据进行校验和计算,并由目标端进行验证。
 ●紧急指针字段:占16比特。它是一个偏移量,和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。
 ●选项字段:占32比特。可能包括”窗口扩大因子”、”时间戳”等选项。

 TCP建立三次连接的过程(三次握手)

TCP协议与SCTP协议的区别
TCP是一个面向连接的协议,无论哪一方向另一方发送数据之前,都必须先在双方之间建立一条连接,建立一条连接有以下过程。
1、请求端(客户端)发送一个SYN段指明客户打算连接的服务器的端口,以及初始***(ISN),这个SYN为报文段1.
2、服务器发回包含服务器的初始***的SYN报文段(报文段2)作为应答。同时,将确认序号设置为客户的ISN加1以对客户的SYN报文段进行确认。一个SYN将占用一个字符。
3、客户必须将明确序号设置为服务器的ISN加1以对服务器的SYN报文段进行确认(报文段3)
4、这三个报文段完成连接的建立,这个过程成为三次握手。


 TCP终止连接过程(四次挥手)

TCP协议与SCTP协议的区别
1、客户端进程发出连接释放报文,并且停止发送数据。释放数据报文首部,FIN=1,其***为seq=u(等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1),此时,客户端进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态。 TCP规定,FIN报文段即使不携带数据,也要消耗一个序号。
2、服务器收到连接释放报文,发出确认报文,ACK=1,ack=u+1,并且带上自己的***seq=v,此时,服务端就进入了CLOSE-WAIT(关闭等待)状态。TCP服务器通知高层的应用进程,客户端向服务器的方向就释放了,这时候处于半关闭状态,即客户端已经没有数据要发送了,但是服务器若发送数据,客户端依然要接受。这个状态还要持续一段时间,也就是整个CLOSE-WAIT状态持续的时间。
客户端收到服务器的确认请求后,此时,客户端就进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态,等待服务器发送连接释放报文(在这之前还需要接受服务器发送的最后的数据)。
3、服务器将最后的数据发送完毕后,就向客户端发送连接释放报文,FIN=1,ack=u+1,由于在半关闭状态,服务器很可能又发送了一些数据,假定此时的***为seq=w,此时,服务器就进入了LAST-ACK(最后确认)状态,等待客户端的确认。
客户端收到服务器的连接释放报文后,必须发出确认,ACK=1,ack=w+1,而自己的***是seq=u+1,此时,客户端就进入了TIME-WAIT(时间等待)状态。注意此时TCP连接还没有释放,必须经过2∗MSL(最长报文段寿命)的时间后,当客户端撤销相应的TCB后,才进入CLOSED状态。
4、服务器只要收到了客户端发出的确认,立即进入CLOSED状态。同样,撤销TCB后,就结束了这次的TCP连接。可以看到,服务器结束TCP连接的时间要比客户端早一些。

SCTP协议

流控制传输协议(Stream Control Transmission Protocol,SCTP)是一种可靠的传输协议,它在两个端点之间提供稳定、有序的数据传递服务(非常类似于 TCP),并且可以保护数据消息边界(例如 UDP)。然而,与 TCP 和 UDP 不同,SCTP 是通过多宿主(Multi-homing)和多流(Multi-streaming)功能提供这些收益的,这两种功能均可提高可用性。

SCTP与TCP的区别

1. TCP是以字节为单位传输的,SCTP是以数据块为单位传输的

TCP接收端确认的是收到的字节数,SCTP接收端确认的是接收到的数据块。SCTP的这种数据块(被称为DATA CHUNK)通常会携带应用的一个数据包,或者说是应用要发送的一个消息。

在实际的应用中,TCP发送方的可以将应用程序需要发送的多个消息打包到一个TCP包里面发出去。比如,应用程序连续调用两次send()向对端发送两条消息,TCP协议可能把这两条消息都打包放在同一个TCP包中。接收端在收到这个TCP包时,回给对端的ACK只是表明自己接收到了多少个字节,TCP协议本身并不会把收到的数据重新拆散分成两条应用层消息并通知应用程序去接收。事实上,应用程序可能只需要调用一次receive(),就会把两条消息都收上来,然后应用需要根据应用程序自己定义的格式去拆成两条消息。

与TCP不同,SCTP是将应用程序的每次调用sendmsg()发送的数据当作一个整体,放到一个被称为DATA CHUNK的数据块里面,接收端也是以DATA CHUNK为单位接收数据,并重新组包,通知应用程序接收。通常,应用程序每次调用recvmesg()都会收到一条完整的消息。

在SCTP的发送端,多条短的应用层消息可以被SCTP协议打包放在同一个SCTP包中,此时在SCTP包中可以看到多个DATA CHUNK。另一方面,一条太长(比如,超过了路径MTU)的应用层消息也可能被SCTP协议拆分成多个片段,分别放在多个DATA CHUNK并通过不同的SCTP包发送给对端。这两种情况下,SCTP的接收端都能重新组包,并通知应用程序去接收。

2. TCP通常是单路径传输,SCTP可以多路径传输

TCP的两端都只能用一个IP来建立连接,连接建立之后就只能用这一对IP来相互收发消息了。如果这一对IP之间的路径出了问题,那这条TCP连接就不可用了。

SCTP不一样的地方是,两端都可以绑定到多个IP上,只要有其中一对IP能通,这条SCTP连接就还可以用。

 

TCP协议与SCTP协议的区别

体现在socket API中,TCP只能bind一个IP,而SCTP可以bind到多个IP。

3. TCP是单流有序传输,SCTP可以多流独立有序/无序传输

一条SCTP连接里面,可以区分多条不同的流(stream),不同的流之间的数据传输互不干扰。这样做理论上的好处是,如果其中某一条流由于丢包阻塞了,那只会影响到这一条流,其他的流并不会被阻塞。但是实际上,如果某一条流由于丢包阻塞,其他的流通常也会丢包,被阻塞,最后导致所有的流都被阻塞,SCTP连接中断。

TCP协议与SCTP协议的区别

在同一条stream里面,SCTP支持有序/无序两种传输方式,应用程序在调用sendmsg()的时候,需要指定用哪一条stream传输,以及指定这条要发送的消息是需要有序传输还是无序传输的。如果在传输过程中丢包,则有序传递模式可能会在接收端被阻塞,而无序传输模式不会在接收端被阻塞。

 

4. TCP连接的建立过程需要三步握手,SCTP连接的建立过程需要四步握手

TCP连接建立过程,容易受到DoS攻击。在建立连接的时候,client端需要发送SYN给server端,server端需要将这些连接请求缓存下来。通过这种机制,攻击者可以发送大量伪造的SYN包到一个server端,导致server端耗尽内存来缓存这些连接请求,最终无法服务。

SCTP的建立过程需要四步握手,server端在收到连接请求时,不会立即分配内存缓存起来,而是返回一个COOKIE。client端需要回送这个COOKIE,server端校验之后,从cookie中重新获取有效信息(比如对端地址列表),才会最终建立这条连接。这样,可以避免类似TCP的SYN攻击。

应用程序对此感知不到,对应用程序来说,不管是TCP还是SCTP,都只需要在server端listen一个socket,client调用connect()去连接到一个server端。

5. SCTP有heartbeat机制来管理路径的可用性

SCTP协议本身有heartbeat机制来监控连接/路径的可用性。

前面说过,SCTP两端都可以bind多个IP,因此同一条SCTP连接的数据可以采用不同的IP来传输。不同的IP传输路径对应一条path,不同的path都可以由heartbeat或者是数据的传输/确认来监控其状态。

如果heartbeat没相应,或者是数据在某条path超时没收到确认导致重传,则认为该path有一次传输失败。如果该path的连续传输失败次数超过path的连续重传次数,则认为该path不可用,并通知应用程序。如果一条连接的连续传输次数超过设定的“连接最大重传次数”,则该连接被认为不可用,该连接会被关闭并通知应用程序。