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高 级 计 算 机 网 络 Advanced Computer Network Technology 中 国 科 学 技 术 大 学 计 算 机 学 院 曾 凡 平

课 程 回 顾 第 15 章 传 输 控 制 协 议 (TCP) TCP 的 报 文 段 格 式 TCP 的 缓 冲 窗 口, 滑 动 窗 口 协 议 TCP 的 差 错 和 流 量 控 制 TCP 的 拥 塞 控 制 TCP 的 计 时 器 TCP 的 选 项 高 网 10 2

本 章 有 以 下 几 个 目 标 : 第 16 章 流 控 制 传 输 协 议 (SCTP) 作 为 一 个 新 的 运 输 层 协 议 来 介 绍 SCTP 讨 论 SCTP 的 服 务, 并 将 其 与 TCP 进 行 比 较 列 出 并 解 释 SCTP 中 使 用 的 各 种 分 组 类 型, 并 讨 论 每 种 分 组 的 作 用 及 其 中 的 各 个 字 段 讨 论 SCTP 关 联 并 解 释 其 不 同 的 情 况, 如 关 联 建 立 数 据 传 送 关 联 终 止 和 关 联 异 常 终 止 对 照 比 较 SCTP 和 TCP 的 相 应 状 态 转 换 图 解 释 SCTP 中 使 用 的 流 量 控 制 机 制, 并 讨 论 发 送 方 和 接 收 方 的 行 为 解 释 SCTP 中 使 用 的 差 错 控 制 机 制, 并 讨 论 发 送 方 和 接 收 方 的 行 为 解 释 SCTP 中 使 用 的 拥 塞 控 制 机 制, 并 将 其 与 TCP 中 类 似 的 机 制 进 行 比 较 高 网 10 3

16.1 引 言 高 网 10 图 16.1 TCP/IP 协 议 族 4

UDP TCP 和 SCTP 的 比 较 : UDP 是 面 向 报 文 (message-oriented) 的 协 议 进 程 把 报 文 交 付 给 UDP, 再 由 UDP 封 装 成 用 户 数 据 报 并 发 送 到 网 络 上 UDP 保 留 了 报 文 的 边 界, 且 每 一 个 报 文 和 其 他 的 报 文 之 间 没 有 关 系 TCP 是 面 向 字 节 (byte-oriented) 的 协 议 TCP 接 收 来 自 进 程 的 一 个 或 多 个 报 文, 并 把 它 们 以 字 节 流 的 形 式 存 储 起 来, 再 以 报 文 段 为 单 位 发 送 出 去 这 里 不 保 留 报 文 的 边 界 但 是,TCP 是 可 靠 的 协 议 TCP 还 有 拥 塞 控 制 和 流 量 控 制 机 制 SCTP 结 合 了 UDP 和 TCP 的 优 点 SCTP 是 可 靠 的 面 向 报 文 的 协 议 它 保 留 了 报 文 的 边 界, 与 此 同 时 也 检 测 丢 失 的 数 据 重 复 的 数 据 以 及 失 序 的 数 据 SCTP 还 有 拥 塞 控 制 和 流 量 控 制 机 制 稍 后 我 们 还 会 看 到,SCTP 还 有 其 他 一 些 UDP 和 TCP 都 没 有 提 供 的 新 颖 的 特 点 高 网 10 5

16.2 SCTP 的 服 务 16.2.1 进 程 到 进 程 的 通 信 表 16.1 某 些 SCTP 应 用 协 议 端 口 号 描 述 IUA 9990 在 IP 上 运 行 ISDN M2UA 2904 SS7 电 话 信 令 M3UA 2905 SS7 电 话 信 令 H.248 2945 媒 体 网 关 控 制 H.323 1718. 1719\ 1720. 11720 IP 电 话 SIP 5060 IP 电 话 高 网 10 6

16.2.2 多 重 流 在 TCP 客 户 和 服 务 器 之 间 的 每 一 条 连 接 都 包 含 一 个 单 独 的 流 这 种 处 理 方 法 的 问 题 就 在 于 这 样 的 流 中 间 任 何 一 点 出 现 的 丢 失 都 会 使 剩 余 部 分 数 据 的 交 付 被 阻 塞 SCTP 允 许 在 每 一 个 连 接 中 有 多 重 流 服 务 (multistream service), 这 在 SCTP 的 术 语 中 称 为 关 联 (association) 当 某 一 个 流 被 阻 塞 时, 其 他 的 流 还 能 用 来 继 续 交 付 数 据 高 网 10 7 图 16.2 多 重 流 的 概 念

16.2.3 多 重 归 属 一 个 TCP 在 连 接 期 间 每 一 端 只 能 够 使 用 一 个 IP 地 址 SCTP 关 联 则 支 持 多 重 归 属 服 务 (multihoming service) 一 个 关 联 两 端 的 发 送 主 机 或 接 收 主 机 可 以 定 义 多 个 IP 地 址 在 这 种 容 许 故 障 的 处 理 方 法 中, 当 一 条 路 径 出 故 障 时, 就 可 以 使 用 其 他 的 接 口 交 付 数 据, 而 不 会 使 交 付 中 断 图 16.3 多 重 归 属 的 概 念 高 网 10 8

16.2.4 全 双 工 通 信 和 TCP 一 样,SCTP 也 提 供 全 双 工 服 务 (full-duplex service), 即 数 据 在 同 一 时 间 可 以 双 向 流 动 因 此 每 个 SCTP 都 有 发 送 缓 存 和 接 收 缓 存, 并 且 分 组 可 以 双 向 发 送 16.2.5 面 向 连 接 的 服 务 和 TCP 一 样,SCTP 也 是 面 向 连 接 的 协 议 但 是, 在 SCTP 中 的 连 接 称 为 关 联 (association) 当 站 点 A 的 进 程 想 要 与 站 点 B 的 进 程 之 间 发 送 或 接 收 数 据 时, 就 采 取 以 下 步 骤 : 1. 两 个 SCTP 彼 此 之 间 建 立 关 联 2. 数 据 在 两 个 方 向 上 交 换 3. 这 个 关 联 被 终 止 16.2.6 可 靠 的 服 务 和 TCP 一 样,SCTP 也 是 一 个 可 靠 的 运 输 协 议 它 使 用 确 认 机 制 来 检 查 到 达 的 数 据 的 是 否 安 全 完 好 我 们 将 在 后 面 差 错 控 制 一 节 中 讨 论 这 个 问 题 高 网 10 9

16.3 SCTP 的 特 点 16.3.1 传 输 序 号 (TSN) TCP 的 数 据 单 位 是 字 节 在 TCP 中, 数 据 的 传 送 是 通 过 对 字 节 进 行 编 号 来 控 制 的 与 此 不 同 的 是,SCTP 中 的 数 据 单 位 是 数 据 块, 这 些 数 据 块 与 来 自 进 程 的 报 文 可 以 是 也 可 以 不 是 一 一 对 应 的 关 系 ( 因 为 有 分 片 处 理, 稍 后 讨 论 ) 在 SCTP 中, 数 据 传 送 是 由 对 数 据 块 的 编 号 来 控 制 的 SCTP 使 用 传 输 序 号 (transmission sequence number,tsn) 对 数 据 块 进 行 编 号 换 言 之,TSN 在 SCTP 中 的 作 用 与 TCP 中 的 序 号 作 用 相 似 TSN 的 长 度 为 32 位, 并 取 0~(2 32-1) 之 间 的 一 个 随 机 数 初 始 化 每 一 个 数 据 块 必 须 在 其 首 部 携 带 相 应 的 TSN 高 网 10 10

16.3.2 流 标 识 符 (SI) TCP 的 每 一 个 连 接 中 只 有 一 个 流, 而 SCTP 的 每 一 个 关 联 中 可 能 有 多 个 流 SCTP 中 的 每 个 流 都 需 要 用 一 个 流 标 识 符 (Stream identifier,si) 来 进 行 标 记 每 一 个 数 据 块 必 须 在 其 首 部 中 携 带 这 个 SI, 这 样, 当 数 据 块 到 达 终 点 时, 就 可 以 把 它 放 在 相 应 流 中 的 正 确 位 置 上 SI 是 从 0 开 始 的 一 个 16 位 数 为 了 区 分 不 同 的 流,SCTP 使 用 流 标 示 符 SI 高 网 10 11

16.3.3 流 序 号 (SSN) 当 数 据 块 到 达 目 的 SCTP 时, 它 就 被 以 合 适 的 顺 序 交 付 到 相 应 的 流 中 这 就 表 示, 除 了 SI 外,SCTP 还 应 当 为 每 个 流 中 的 每 个 数 据 块 定 义 一 个 流 序 号 (stream sequence number, SSN) 为 了 区 分 属 于 同 一 个 流 中 的 不 同 数 据 块,SCTP 使 用 流 序 号 SSN 高 网 10 12

16.3.4 分 组 在 TCP 中, 用 报 文 段 来 携 带 数 据 和 控 制 信 息, 其 中 所 携 带 的 数 据 是 一 些 字 节 的 集 合, 而 控 制 信 息 是 在 首 部 中 用 6 个 控 制 标 志 来 定 义 的 SCTP 的 数 据 由 数 据 块 携 带, 控 制 信 息 由 控 制 块 携 带 若 干 个 控 制 块 和 数 据 块 被 包 装 成 一 个 分 组 SCTP 中 的 分 组 的 作 用 和 TCP 中 的 报 文 段 的 作 用 相 似 图 16.4 对 TCP 的 报 文 段 和 SCTP 的 分 组 进 行 了 比 较 高 网 10 13

SCTP 分 组 和 TCP 报 文 段 之 间 的 区 别 : 1. TCP 的 控 制 信 息 是 首 部 的 一 部 分, 而 SCTP 中 的 控 制 信 息 则 在 控 制 块 中 控 制 块 有 多 种 类 型, 每 一 种 用 于 不 同 的 目 的 高 网 10 图 16.4 TCP 的 报 文 段 和 SCTP 的 分 组 比 较 14

2. TCP 报 文 段 中 的 数 据 被 当 作 一 个 实 体, 而 一 个 SCTP 分 组 可 携 带 多 个 数 据 块, 且 每 个 数 据 块 可 以 属 于 不 同 的 流 3. 选 项 部 分 可 以 作 为 TCP 报 文 段 的 一 部 分, 但 在 SCTP 分 组 中 则 没 有 选 项 部 分 SCTP 中 的 选 项 通 过 定 义 新 的 块 类 型 来 解 决 4. TCP 首 部 中 必 要 的 部 分 有 20 字 节, 而 SCTP 的 通 用 首 部 只 有 12 字 节 SCTP 首 部 较 短 是 因 为 : a. SCTP 序 号 (TSN) 属 于 各 个 数 据 块, 因 此 被 放 置 在 数 据 块 的 首 部 中 b. 确 认 号 和 窗 口 大 小 是 每 个 控 制 块 的 一 部 分 c. SCTP 不 需 要 有 首 部 长 度 字 段 ( 在 TCP 报 文 段 中 首 部 长 度 是 HL 字 段 ), 因 为 没 有 选 项 会 使 首 部 的 长 度 成 为 可 变 的,SCTP 的 首 部 长 度 是 固 定 的 (12 字 节 ) d. 在 SCTP 中 不 需 要 紧 急 指 针 高 网 10 15

5. TCP 的 检 验 和 是 16 位,SCTP 的 检 验 和 是 32 位 6. SCTP 的 验 证 标 志 是 一 个 关 联 标 识 符, 这 在 TCP 中 是 没 有 的 在 TCP 中,IP 地 址 和 端 口 地 址 组 合 起 来 定 义 了 一 条 连 接, 而 在 SCTP 中 我 们 可 以 有 多 个 使 用 不 同 IP 地 址 的 归 属, 必 须 用 一 个 唯 一 的 验 证 标 志 来 定 义 每 一 个 关 联 7. TCP 在 首 部 中 有 一 个 序 号 用 来 定 义 数 据 部 分 的 第 一 个 字 节 的 编 号 SCTP 分 组 可 以 有 若 干 个 不 同 的 数 据 块,TSN IS 和 SSN 被 用 来 定 义 每 一 个 数 据 块 8. 在 TCP 中, 某 些 只 携 带 控 制 信 息 的 报 文 段 ( 如 SYN 和 FIN) 也 必 须 消 耗 一 个 序 号, 而 SCTP 中 的 控 制 块 永 远 不 使 用 TSN IS 或 SSN 这 样 的 编 号, 这 三 种 标 识 符 仅 属 于 数 据 块, 而 不 属 于 整 个 分 组 SCTP 的 控 制 信 息 和 数 据 信 息 处 在 不 同 的 块 中 高 网 10 16

在 SCTP 中, 有 数 据 块 流 和 分 组 一 个 关 联 可 以 发 送 多 个 分 组, 一 个 分 组 可 以 包 含 若 干 个 块, 而 这 些 块 可 以 属 于 不 同 的 流 数 据 块 用 三 个 标 示 符 来 标 志 :TSN SI 和 SSN TSN 是 个 标 志 了 关 联 的 累 积 编 号 ;SI 定 义 各 个 流 ;SSN 定 义 一 个 流 中 的 数 据 块 高 网 10 17 图 16.5 分 组 数 据 块 和 流

16.3.5 确 认 号 TCP 的 确 认 号 是 面 向 字 节 的, 并 且 指 向 序 号 SCTP 的 确 认 号 则 是 面 向 数 据 块 的, 它 们 指 向 TSN TCP 确 认 和 SCTP 确 认 的 第 二 个 区 别 在 于 控 制 信 息 确 认 号 是 属 于 TCP 报 文 段 首 部 中 的 一 部 分,TCP 在 对 只 携 带 控 制 信 息 的 报 文 段 进 行 确 认 时, 还 是 要 使 用 序 号 和 确 认 号 ( 例 如,SYN 报 文 段 需 要 用 ACK 报 文 段 来 确 认 ) 但 是 在 SCTP 中, 控 制 信 息 由 控 制 块 携 带, 它 不 需 要 TSN 这 些 控 制 块 由 另 一 个 的 相 应 类 型 的 控 制 块 来 确 认 ( 有 些 不 需 要 确 认 ) 例 如,INIT 控 制 块 由 INIT-ACK 块 来 确 认 这 里 不 需 要 序 号 或 确 认 号 在 SCTP 中, 确 认 号 仅 用 来 确 认 数 据 块 ; 如 有 必 要, 控 制 块 用 其 他 控 制 块 来 确 认 高 网 10 18

16.3.6 流 量 控 制 如 同 TCP 一 样,SCTP 应 用 了 流 量 控 制 以 避 免 使 接 收 方 负 荷 过 重 我 们 将 在 本 章 的 后 面 讨 论 SCTP 的 流 量 控 制 16.3.7 差 错 控 制 如 同 TCP 一 样,SCTP 应 用 了 差 错 控 制 来 提 供 可 靠 性 TSN 编 号 和 确 认 号 用 于 差 错 控 制 我 们 将 在 本 章 的 后 面 讨 论 差 错 控 制 16.3.8 拥 塞 控 制 如 同 TCP 一 样,SCTP 应 用 了 拥 塞 控 制 来 决 定 有 多 少 数 据 块 可 以 注 入 到 网 络 中 我 们 将 在 本 章 的 后 面 讨 论 拥 塞 控 制 高 网 10 19

16.4 SCTP 的 分 组 格 式 SCTP 分 组 由 一 个 强 制 性 的 通 用 首 部 和 若 干 个 块 组 成 控 制 块 在 数 据 块 之 前 高 网 10 20 图 16.6 SCTP 的 分 组 格 式

16.4.1 通 用 首 部 源 端 口 地 址 16 位 字 段, 定 义 了 发 送 分 组 的 进 程 的 端 口 号 目 的 端 口 地 址 16 位 字 段, 是 接 收 分 组 的 进 程 的 端 口 号 验 证 标 志 这 是 一 个 使 分 组 与 关 联 相 匹 配 的 数 值 关 联 的 两 个 方 向 使 用 不 同 的 验 证 标 志 检 验 和 这 个 32 位 字 段 包 含 CRC-32 检 验 和 ( 见 附 录 D) 图 16.7 通 用 首 部 高 网 10 21

16.4.2 块 (chunk) 的 格 式 图 16.8 块 的 通 用 格 式 前 三 个 字 段 对 所 有 的 块 都 是 共 同 的, 而 信 息 字 段 则 与 块 的 类 型 有 关 这 里 需 要 记 住 的 要 点 是, SCTP 要 求 信 息 部 分 必 须 是 4 字 节 的 倍 数, 如 果 不 是, 就 必 须 在 这 部 分 的 最 后 加 入 一 些 填 充 字 节 ( 即 8 个 0) 高 网 10 22

类 型 这 个 8 位 字 段 可 定 义 多 达 256 种 的 块 类 型 但 目 前 只 定 义 了 几 种, 其 余 的 保 留 为 今 后 使 用 表 16.2 列 举 出 了 块 的 名 称 和 描 述 标 志 这 个 8 位 字 段 定 义 了 特 定 的 块 可 能 需 要 的 特 殊 标 志 根 据 块 的 类 型 不 同, 每 一 位 都 有 不 同 的 含 义 长 度 因 为 信 息 部 分 的 长 度 取 决 于 块 的 类 型, 所 以 我 们 需 要 定 义 块 的 边 界 这 个 16 位 字 段 定 义 了 以 字 节 计 算 的 块 的 总 长 度, 包 括 类 型 标 志 和 长 度 字 段 如 果 一 个 块 不 携 带 任 何 信 息, 那 么 它 的 长 度 字 段 就 是 4(4 字 节 ) 请 注 意, 填 充 的 长 度 ( 如 果 有 的 话 ) 是 不 包 含 在 长 度 字 段 的 计 算 中 高 网 10 23

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DATA 块 图 16.9 DATA 块 高 网 10 25

类 型 字 段 的 值 是 0, 标 志 字 段 中 有 5 位 是 保 留 的, 只 有 3 位 有 定 义 :U B 和 E 当 U( 不 按 序 的 ) 字 段 置 为 1 时, 表 示 这 是 不 按 序 的 数 据 ( 以 后 解 释 ) 在 这 种 情 况 下, 流 序 号 的 值 就 被 忽 略 B 位 ( 开 始 ) 和 E 位 ( 结 束 ) 组 合 在 一 起 定 义 了 一 个 块 在 分 片 的 报 文 中 的 位 置 当 B=l 和 E=l 时, 表 示 没 有 分 片 ( 第 一 和 最 后 ), 整 个 报 文 只 用 了 一 个 块 当 B=l 和 E=0 时, 这 就 是 第 一 个 分 片 当 B=0 和 E=l 时, 这 就 是 最 后 一 个 分 片 当 B=0 和 E=0 时, 这 就 是 中 间 的 分 片 ( 既 不 是 第 一 个, 也 不 是 最 后 一 个 ) 数 据 块 的 长 度 字 段 不 包 括 填 充, 它 的 数 值 不 能 小 于 17, 因 为 一 个 DATA 块 必 须 携 带 至 少 一 个 字 节 的 数 据 高 网 10 26

传 输 序 号 (TSN) 这 个 32 位 字 段 定 义 了 传 输 序 号 在 一 个 方 向 上, 序 号 在 INIT 块 中 被 初 始 化, 而 在 另 一 个 相 反 的 方 向 上, 序 号 在 INIT ACK 中 被 初 始 化 流 标 识 符 (SI) 这 个 16 位 字 段 定 义 了 关 联 中 的 各 个 流 同 一 个 方 向 上 属 于 同 一 个 流 的 所 有 块 携 带 相 同 的 流 标 识 符 流 序 号 (SSN) 这 个 16 位 序 号 定 义 了 特 定 方 向 上 的 特 定 流 中 的 某 一 个 块 协 议 标 识 符 这 个 由 应 用 程 序 使 用 的 32 位 字 段 定 义 了 数 据 的 类 型 SCTP 层 忽 略 这 个 字 段 用 户 数 据 这 个 字 段 携 带 的 是 真 正 的 用 户 数 据 SCTP 对 用 户 数 据 字 段 有 一 些 特 殊 规 定 第 一, 块 中 携 带 的 数 据 必 须 属 于 同 一 个 报 文, 但 是 一 个 报 文 可 以 分 布 在 多 个 数 据 块 中 第 二, 这 个 字 段 不 能 是 空 的, 它 必 须 至 少 有 一 个 字 节 的 用 户 数 据 第 三, 如 果 数 据 不 能 在 32 位 的 边 界 上 结 束, 就 必 须 进 行 填 充 这 些 填 充 的 字 节 不 包 括 在 长 度 字 段 值 的 计 算 中 高 网 10 27

INIT 块 ( 开 始 块 ) INIT 块 ( 开 始 块 ) 是 从 某 个 端 点 发 送 出 来 的 第 一 个 块, 用 以 建 立 关 联 携 带 这 个 块 的 分 组 不 能 再 携 带 其 他 任 何 控 制 块 或 数 据 块 这 个 分 组 验 证 标 志 的 值 是 0, 也 就 是 说 还 没 有 定 义 任 何 标 志 长 度 字 段 的 最 小 值 是 20 高 网 10 28 图 16.10 INIT 块

初 始 标 志 这 个 32 位 字 段 定 义 了 在 相 反 方 向 上 传 送 的 分 组 的 验 证 标 志 标 志 对 同 一 个 关 联 在 同 一 个 方 向 上 传 送 的 所 有 分 组 来 说, 都 是 相 同 的 这 个 标 志 的 值 是 在 关 联 建 立 时 确 定 的 发 起 关 联 的 端 点 在 初 始 标 志 字 段 中 定 义 了 一 个 标 志 值, 这 个 值 被 用 在 另 一 个 方 向 上 传 送 的 分 组 中 作 为 验 证 标 志 通 告 的 接 收 方 窗 口 信 用 量 这 个 32 位 字 段 用 于 流 量 控 制, 它 定 义 了 这 个 INIT 块 的 发 送 方 所 能 够 允 许 的 初 始 数 据 量 ( 以 字 节 计 ) 输 出 流 这 个 16 位 字 段 定 义 了 关 联 的 发 起 者 在 输 出 方 向 建 议 的 流 数 另 一 端 可 以 减 少 这 个 数 值 最 大 输 入 流 关 联 的 发 起 者 在 输 入 方 向 能 够 支 持 的 最 大 的 流 数 初 始 TSN 这 个 32 位 字 段 对 输 出 方 向 的 传 输 序 号 (TSN) 进 行 初 始 化 是 一 个 小 于 2 32 的 随 机 数 高 网 10 29

INIT ACK 块 ( 开 始 确 认 块 ) 图 16.11 INIT ACK 块 高 网 10 30

COOKIE ECHO 块 COOKIE ECHO 块 是 在 关 联 建 立 期 间 发 送 的 第 三 个 块 它 由 收 到 了 INIT ACK 块 的 端 点 发 送 ( 通 常 就 是 发 送 INIT 块 的 那 一 端 ) 携 带 这 个 块 的 分 组 可 以 携 带 用 户 数 据 图 16.12 给 出 了 它 的 格 式 请 注 意, 这 是 一 个 非 常 简 单 的 类 型 为 10 的 块 在 信 息 部 分, 它 把 上 一 次 收 到 的 INIT ACK 中 的 状 态 Cookie 回 送 图 16.12 COOKIE ECHO 块 格 式 高 网 10 31

COOKIE ACK 块 COOKIE ACK 块 是 在 关 联 建 立 期 间 发 送 的 第 四 个 和 最 后 一 个 块 它 由 收 到 COOKIE ECHO 块 的 端 点 发 送 携 带 这 个 块 的 分 组 也 可 以 携 带 用 户 数 据 图 16.13 COOKIE ACK 块 高 网 10 32

SACK 块 ( 选 择 确 认 块 ) 对 收 到 的 数 据 分 组 进 行 确 认 高 网 10 图 16.14 SACK 块 33

累 积 TSN 确 认 这 个 32 位 字 段 定 义 了 最 后 一 个 按 序 收 到 的 数 据 块 通 告 的 接 收 方 窗 口 信 用 量 这 个 32 位 字 段 是 接 收 方 窗 口 大 小 的 更 新 值 间 隙 ACK 块 的 数 目 这 个 16 位 字 段 定 义 的 是 在 累 积 TSN 之 后 的 已 收 到 的 数 据 块 间 隙 的 数 量 请 注 意, 术 语 间 隙 在 这 里 的 表 达 不 准 确 这 里 的 间 隙 指 的 是 已 收 到 块 的 序 号, 而 不 是 丢 失 的 块 重 复 数 这 个 16 位 字 段 定 义 了 在 累 积 TSN 之 后 出 现 的 重 复 块 的 数 量 间 隙 ACK 块 开 始 偏 移 量 对 每 一 个 间 隙 块, 这 个 16 位 字 段 给 出 相 对 于 累 积 TSN 的 开 始 TSN 间 隙 ACK 块 结 束 偏 移 对 每 一 个 间 隙 块, 这 个 16 位 字 段 给 出 相 对 于 累 积 TSN 的 结 束 TSN 重 复 TSN 对 每 一 个 重 复 块,32 位 字 段 给 出 这 个 块 的 TSN 高 网 10 34

HEARTBEAT 块 和 HEARTBEAT ACK 块 除 了 类 型 字 段 值 不 一 样 之 外, 其 他 都 一 样 前 者 是 类 型 4, 后 者 是 类 型 5 图 16.15 给 出 了 这 两 个 块 的 格 式 这 两 个 块 用 于 定 期 探 测 关 联 的 状 态 某 一 端 发 送 HEARTBEAT 块, 如 果 对 方 处 于 活 跃 状 态, 就 响 应 一 个 HEARTBEAT ACK 在 这 个 格 式 中 包 括 了 三 个 公 共 字 段 以 及 提 供 发 送 方 特 定 信 息 的 强 制 性 的 参 数 字 段 在 HEARTBEAT 块 中, 这 个 信 息 包 括 本 地 时 间 和 发 送 方 的 地 址 而 在 HEARTBEAT ACK 块 中, 这 些 信 息 都 将 无 变 化 地 被 复 制 图 16.15 HEARTBEAT 和 HEARTBEAT ACK 块 高 网 10 35

SHUTDOWN SHUTDOWN ACK 和 SHUTDOWN COMPLETE 块 图 16.16 SHUTDOWN. SHUTDOWN ACK 和 SHUTDOWN COMPLETE 块 高 网 10 36

ERROR 块 当 某 一 端 发 现 收 到 的 分 组 中 有 差 错, 就 要 发 送 ERROR 块 请 注 意, 发 送 ERROR 块 并 不 表 示 要 异 常 终 止 这 个 关 联 ( 那 需 要 ABORT 块 ) 图 16.17 ERROR 块 高 网 10 37

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ABORT 块 当 某 一 端 发 现 了 致 命 的 差 错 时, 就 应 当 发 送 ABORT 块 使 这 个 关 联 异 常 终 止 其 中 的 差 错 类 型 和 ERROR 块 的 一 样 ( 见 表 16.3) 图 16.18 ABORT 块 高 网 10 39

FORWARD TSN 块 这 是 最 近 加 入 到 标 准 (RFC 3758) 中 的 块, 用 来 通 知 接 收 方 调 整 其 累 积 TSN 它 提 供 部 分 可 靠 服 务 高 网 10 40

16.5 SCTP 关 联 像 TCP 一 样,SCTP 是 面 向 连 接 的 协 议 但 是,SCTP 中 的 连 接 称 为 关 联, 用 来 强 调 其 多 归 属 (multihoming) 特 性 SCTP 中 的 连 接 称 为 关 联 16.5.1 关 联 建 立 在 SCTP 中, 关 联 建 立 (association establishment) 需 要 四 向 握 手 在 这 个 过 程 中, 一 个 进 程 ( 通 常 是 客 户 ) 打 算 使 用 SCTP 作 为 运 输 层 协 议 和 另 一 个 进 程 ( 通 常 是 服 务 器 ) 建 立 关 联 与 TCP 类 似,SCTP 服 务 器 需 要 准 备 好 接 受 任 何 关 联 ( 被 动 打 开 ) 但 是, 关 联 建 立 是 由 客 户 发 起 的 ( 主 动 打 开 ) 图 16.19 给 出 了 SCTP 的 关 联 建 立 高 网 10 41

图 16.19 四 向 握 手 1. 客 户 发 送 第 一 个 分 组, 它 包 含 一 个 INIT 块 2. 服 务 器 发 送 第 二 个 分 组, 它 包 含 一 个 INIT ACK 块 3. 客 户 发 送 第 三 个 分 组, 它 包 含 了 一 个 COOKIE ECHO 块 4. 服 务 器 发 送 第 四 个 分 组, 它 包 含 一 个 COOKIE ACK 块, 用 来 对 收 到 的 COOKIE ECHO 块 进 行 确 认 SCTP 允 许 在 这 个 分 组 中 包 含 数 据 块 高 网 10 42

交 换 分 组 的 数 量 在 TCP 的 连 接 建 立 阶 段 交 换 的 分 组 数 量 是 三 个, 而 在 SCTP 关 联 建 立 时 一 共 交 换 了 四 个 分 组 看 起 来 好 像 SCTP 的 效 率 没 有 TCP 的 高, 但 我 们 要 考 虑 到,SCTP 允 许 在 第 三 个 分 组 和 第 四 个 分 组 中 交 换 数 据 另 外, 如 我 们 在 后 面 将 会 看 到 的, 它 还 在 防 止 SYN 拒 绝 服 务 的 攻 击 方 面 提 供 了 更 好 的 安 全 性 数 据 在 交 换 了 两 个 分 组 之 后 就 可 以 传 送 了 验 证 标 志 当 我 们 比 较 TCP 和 SCTP 时, 我 们 发 现 SCTP 中 的 验 证 标 志 在 TCP 中 并 不 存 在 在 TCP 中, 一 个 连 接 是 用 IP 地 址 和 端 口 号 的 组 合 来 标 志 的, 而 它 们 则 是 每 个 报 文 段 中 的 一 部 分 高 网 10 43

TCP 这 样 做 会 产 生 两 个 问 题 : 1. 一 个 盲 目 的 攻 击 者 ( 不 是 截 获 者 ) 可 以 像 我 们 在 SYN 洪 泛 攻 击 中 所 讨 论 的 那 样, 使 用 随 机 选 取 的 源 端 口 地 址 和 目 的 端 口 地 址 向 一 个 TCP 服 务 器 发 送 报 文 段 2. 前 一 个 连 接 中 的 迟 延 的 报 文 段 可 能 在 新 连 接 中 出 现, 此 报 文 段 使 用 了 相 同 的 源 端 口 地 址 和 目 的 端 口 地 址 ( 化 身 ) 这 也 是 TCP 在 终 止 连 接 时 需 要 有 TIME-WAIT 计 时 器 的 一 个 原 因 SCTP 通 过 使 用 验 证 标 志 ( 即 在 关 联 中 某 个 方 向 上 传 送 的 所 有 的 分 组 都 要 携 带 的 一 个 公 共 值 ) 解 决 了 这 两 个 问 题 盲 目 的 攻 击 者 无 法 把 一 个 随 机 分 组 注 入 到 某 一 个 关 联 中, 因 为 这 个 注 入 的 分 组 不 太 可 能 正 好 携 带 着 正 确 的 标 志 ( 概 率 只 有 2 32 分 之 一 ) 旧 的 关 联 中 的 分 组 不 会 出 现 在 化 身 中, 因 为 即 使 源 端 口 地 址 和 目 的 端 口 地 址 都 相 同, 其 验 证 标 志 肯 定 会 不 一 样 两 个 验 证 标 志 ( 每 个 方 向 一 个 ) 标 记 了 一 个 关 联 高 网 10 44

用 Cookie 防 止 SYN 洪 泛 攻 击 我 们 在 第 15 章 讨 论 过 SYN 洪 泛 攻 击 在 TCP 中, 恶 意 的 攻 击 者 用 伪 造 的 IP 地 址, 使 用 大 量 假 的 SYN 报 文 段, 向 一 个 TCP 服 务 器 进 行 洪 泛 攻 击 这 个 服 务 器 每 收 到 一 个 SYN 报 文 段, 就 要 建 立 一 个 TCB 并 分 配 其 他 的 资 源, 以 等 待 下 一 个 报 文 段 的 到 来 但 不 久 以 后 服 务 器 就 会 因 资 源 耗 尽 而 崩 溃 高 网 10 45

SCTP 的 设 计 者 使 用 了 一 种 延 迟 分 配 资 源 策 略, 直 至 收 到 第 三 个 分 组 才 分 配 资 源, 因 为 此 时 发 送 方 的 IP 地 址 已 被 验 证 收 到 的 第 一 个 分 组 中 的 信 息 必 须 用 某 种 办 法 存 储 下 来, 直 至 第 三 个 分 组 到 达 但 是, 如 果 服 务 器 要 保 存 这 个 信 息, 它 就 必 须 分 配 资 源 ( 存 储 器 ), 这 是 件 矛 盾 的 事 解 决 的 方 法 是 把 信 息 压 缩 一 下, 再 把 它 发 回 给 客 户, 这 就 称 为 产 生 了 一 个 Cookie 这 个 Cookie 随 第 二 个 分 组 发 送 到 第 一 个 分 组 中 的 那 个 地 址 可 能 出 现 两 种 情 况 : 1. 如 果 第 一 个 分 组 的 发 送 者 是 个 攻 击 者, 那 么 服 务 器 就 永 远 不 会 收 到 第 三 个 分 组, Cookie 就 此 丢 失, 而 没 有 任 何 资 源 被 分 配 服 务 器 付 出 的 代 价 仅 仅 是 烘 烤 出 了 这 个 Cookie 高 网 10 46

1. 如 果 第 一 个 分 组 的 发 送 者 是 需 要 建 立 连 接 的 真 正 客 户, 它 就 会 收 到 带 有 Cookie 的 第 二 个 分 组 客 户 发 送 一 个 分 组 ( 这 一 组 中 的 第 三 个 ), 附 上 原 封 不 动 的 Cookie 服 务 器 收 到 第 三 个 分 组, 知 道 这 个 分 组 来 自 一 个 真 正 的 客 户, 因 为 它 之 前 发 送 出 去 的 Cookie 就 在 这 个 分 组 中 服 务 器 现 在 就 可 以 分 配 资 源 了 只 要 没 有 哪 个 实 体 能 够 吃 掉 发 送 方 烘 烤 的 Cookie, 上 面 的 策 略 就 可 以 正 常 工 作 要 保 证 这 一 点, 服 务 器 用 它 自 己 的 秘 密 密 钥 从 这 个 信 息 中 创 建 一 个 摘 要 ( 见 第 29 章 ) 信 息 和 摘 要 一 起 被 制 作 成 Cookie, 并 在 第 二 个 分 组 中 发 送 给 客 户 当 这 个 Cookie 在 第 三 个 分 组 中 被 返 回 时, 服 务 器 要 根 据 信 息 计 算 出 摘 要 若 这 个 计 算 的 摘 要 与 发 送 的 摘 要 匹 配, 就 表 明 Cookie 没 有 被 任 何 其 他 实 体 更 改 过 高 网 10 47

16.5.2 数 据 传 送 关 联 的 作 用 就 是 要 在 两 个 端 点 之 间 传 送 数 据 在 关 联 建 立 之 后, 双 向 的 数 据 传 送 就 可 以 开 始 了 客 户 和 服 务 器 都 可 以 传 送 数 据 和 TCP 一 样,SCTP 也 支 持 捎 带 技 术 但 是 TCP 的 数 据 传 送 和 SCTP 的 数 据 传 送 之 间 有 一 个 重 要 的 区 别 TCP 把 从 一 个 进 程 那 里 接 收 到 的 报 文 当 作 是 一 个 字 节 流, 不 会 去 辨 认 这 些 字 节 之 间 是 否 存 在 任 何 边 界 发 送 进 程 可 能 会 设 置 一 些 边 界 以 利 于 对 等 进 程 的 使 用, 但 TCP 把 这 些 标 记 当 作 是 正 文 的 一 部 分 换 言 之,TCP 收 取 每 一 个 报 文, 然 后 把 它 追 加 到 自 己 的 缓 存 中 一 个 报 文 段 可 以 携 带 来 自 两 个 不 同 报 文 的 部 分 内 容 TCP 使 用 的 唯 一 的 定 位 系 统 就 是 字 节 号 高 网 10 48

与 此 不 同 的 是,SCTP 能 够 识 别 和 维 护 边 界 来 自 进 程 的 每 一 个 报 文 被 当 作 是 一 个 独 立 的 单 元, 并 被 插 入 到 一 个 DATA 块 中, 除 非 它 被 分 片 了 ( 在 后 面 讨 论 ) 从 这 个 意 义 上 讲, SCTP 有 点 类 似 于 UDP, 但 是 它 还 具 有 一 个 很 大 的 优 点 : 数 据 块 相 互 之 间 是 有 联 系 的 来 自 进 程 的 报 文 被 接 收 后, 通 过 在 这 个 报 文 上 添 加 一 个 DATA 块 首 部 后, 就 形 成 一 个 DATA 块 ( 如 果 被 分 片 的 话 就 是 几 个 DATA 块 ) 由 一 个 报 文 或 报 文 的 一 个 分 片 所 形 成 的 每 一 个 DATA 块 都 具 有 一 个 TSN 我 们 需 要 记 住, 只 有 DATA 块 需 要 使 用 TSN, 也 只 有 DATA 块 会 被 SACK 块 确 认 在 SCTP 中, 只 有 DATA 块 才 消 耗 TSN;DATA 块 是 唯 一 能 够 被 确 认 的 块 高 网 10 49

SCTP 中 的 确 认 给 出 了 累 积 TSN, 即 最 后 一 个 按 序 收 到 的 数 据 块 中 的 TSN 图 16.20 简 单 的 数 据 传 送 高 网 10 50

多 归 属 数 据 传 送 我 们 讨 论 过 SCTP 的 多 归 属 能 力, 这 是 SCTP 有 别 于 UDP 和 TCP 的 一 个 特 点 多 归 属 允 许 关 联 的 两 端 可 定 义 多 个 IP 地 址 用 于 通 信 但 是, 这 些 地 址 中 只 有 一 个 地 址 被 定 义 为 主 地 址 (primary address), 而 其 他 的 都 是 备 选 地 址 主 地 址 在 关 联 建 立 时 被 定 义 一 个 有 趣 的 地 方 是 : 一 端 的 主 地 址 是 由 另 一 端 来 决 定 的 换 言 之, 源 点 定 义 了 终 点 的 主 地 址 在 默 认 的 情 况 下, 数 据 传 送 使 用 终 点 的 主 地 址 如 果 主 地 址 不 可 用, 那 么 就 改 用 一 个 备 选 地 址 但 是 进 程 随 时 可 以 替 换 掉 主 地 址, 明 确 地 请 求 把 一 个 报 文 发 送 到 某 个 特 定 的 备 选 地 址 进 程 还 可 以 显 式 地 更 换 当 前 关 联 的 主 地 址 于 是 这 就 出 现 了 一 个 逻 辑 问 题 :SACK 要 发 送 给 谁 SCTP 指 出 SACK 要 发 送 给 产 生 相 应 的 SCTP 分 组 的 那 个 地 址 高 网 10 51

多 重 流 交 付 SCTP 的 一 个 有 意 思 的 特 点 就 是 数 据 传 送 和 数 据 交 付 是 区 别 对 待 的 SCTP 使 用 TSN 编 号 处 理 数 据 的 传 送, 也 就 是 数 据 块 在 源 点 和 终 点 之 间 的 移 动 而 数 据 块 的 交 付 则 是 由 SI 和 SSN 控 制 的 SCTP 支 持 多 重 流, 也 就 是 说 发 送 进 程 可 以 定 义 多 条 不 同 的 流, 而 一 个 报 文 可 以 属 于 这 些 流 之 一 每 个 流 都 被 指 派 了 一 个 流 标 识 符 (SI), 它 唯 一 地 定 义 某 一 个 流 但 是,SCTP 在 每 个 流 中 都 可 以 支 持 两 种 类 型 的 数 据 交 付 : 按 序 的 ( 默 认 的 ) 和 不 按 序 的 高 网 10 52

对 于 按 序 的 数 据 交 付, 流 中 的 数 据 块 通 过 流 序 号 (SSN) 来 定 义 它 们 在 该 流 中 的 顺 序 当 这 些 块 到 达 终 点 时,SCTP 负 责 根 据 定 义 在 块 中 的 SSN 交 付 报 文 这 种 交 付 可 能 会 被 延 迟, 因 为 某 些 块 可 能 没 有 按 序 到 达 对 于 不 按 序 的 数 据 交 付, 流 中 的 数 据 块 把 U 标 志 置 为 1, 而 它 们 的 SSN 字 段 值 则 被 忽 略 这 些 数 据 块 不 消 耗 SSN 当 一 个 不 按 序 的 数 据 块 到 达 终 点 SCTP 时, 它 就 把 这 个 块 中 所 携 带 的 报 文 交 付 给 应 用 程 序, 而 不 用 等 待 其 他 的 报 文 在 大 多 数 情 况 下, 应 用 程 序 使 用 按 序 交 付 服 务, 但 偶 尔 也 有 某 些 应 用 程 序 需 要 发 送 紧 急 数 据, 这 些 紧 急 数 据 不 需 要 按 序 交 付 ( 回 忆 TCP 的 紧 急 数 据 和 紧 急 指 针 ) 在 这 些 情 况 下, 应 用 程 序 可 以 将 交 付 定 义 成 不 按 序 的 高 网 10 53

分 片 IP 的 分 片 和 SCTP 的 分 片 是 属 于 不 同 层 次 的 : 前 者 在 网 络 层, 而 后 者 在 运 输 层 SCTP 从 一 个 报 文 产 生 DATA 块 时, 如 果 报 文 长 度 ( 当 被 封 装 在 IP 数 据 报 中 时 ) 不 超 过 路 径 的 MTU, 那 么 从 进 程 到 进 程 都 一 直 会 保 留 该 报 文 的 边 界 携 带 一 个 报 文 的 IP 数 据 报 的 长 度 计 算 可 以 通 过 在 该 报 文 的 长 度 ( 以 字 节 为 单 位 ) 上 增 加 4 个 额 外 开 销 : 数 据 块 首 部 必 须 的 SACK 块 SCTP 通 用 首 部 和 IP 首 部 如 果 总 长 度 超 过 MTU, 那 么 报 文 就 必 须 进 行 分 片 高 网 10 54

分 片 在 源 点 SCTP 处 进 行, 采 用 以 下 的 步 骤 : 1. 报 文 划 分 为 更 小 的 分 片, 以 满 足 长 度 的 需 求 2. 每 一 个 分 片 必 须 附 加 具 有 不 同 TSN 的 DATA 块 的 首 部 这 些 TSN 必 须 按 序 排 列 3. 所 有 的 首 部 携 带 相 同 的 流 标 识 符 (SI) 相 同 的 流 序 号 (SSN) 相 同 的 有 效 载 荷 协 议 标 识 符 以 及 相 同 的 U 标 志 4. 指 派 的 B 和 E 标 志 的 组 合 如 下 : a. 第 一 个 分 片 :10 b. 中 间 的 分 片 :00 c. 最 后 的 分 片 :01 分 片 在 终 点 重 装 如 果 一 个 DATA 块 到 达 时 它 的 B/E 位 等 于 11, 就 表 示 它 没 有 被 分 片 接 收 方 知 道 怎 样 把 所 有 具 有 相 同 SI 和 SSN 的 块 重 装 起 来 分 片 的 数 目 由 第 一 个 分 片 和 最 后 一 个 分 片 的 TSN 号 决 定 高 网 10 55

16.5.3 关 联 终 止 和 TCP 一 样,SCTP 中 参 与 数 据 交 换 的 任 何 一 方 ( 客 户 或 服 务 器 ) 都 可 以 关 闭 这 个 连 接 但 是 与 TCP 不 同 的 是,SCTP 不 允 许 半 关 闭 一 个 关 联 如 果 某 一 端 关 闭 了 这 个 关 联, 那 么 另 一 端 必 须 停 止 发 送 新 的 数 据 如 果 收 到 终 止 请 求 的 一 端 在 队 列 中 还 有 未 发 送 的 数 据, 那 么 先 把 它 们 发 送 出 去, 然 后 再 关 闭 关 联 关 联 终 止 使 用 了 三 个 分 组, 如 图 16.21 所 示 高 网 10 56

图 16.21 关 联 终 止 高 网 10 57

16.5.4 关 联 异 常 终 止 前 一 节 所 讨 论 的 关 联 终 止 有 时 称 为 从 容 终 止 (graceful termination) 在 SCTP 中 的 关 联 也 可 以 异 常 终 止 异 常 终 止 可 以 由 任 一 端 的 进 程 发 出 请 求, 也 可 由 SCTP 发 出 请 求 如 果 一 个 进 程 觉 得 自 身 有 些 问 题 ( 如 从 另 一 端 收 到 错 误 的 数 据, 进 入 了 无 限 循 环, 等 等 ), 就 可 以 使 这 个 关 联 异 常 终 止 服 务 器 也 可 以 异 常 终 止 这 个 关 联, 如 果 它 收 到 了 具 有 错 误 参 数 的 INIT 块, 所 请 求 的 资 源 不 可 用 ( 在 收 到 了 Cookie 后 ), 或 操 作 系 统 需 要 关 闭, 等 等 高 网 10 58

SCTP 的 异 常 终 止 的 任 一 端 都 可 以 发 送 ABORT 块 来 异 常 终 止 这 个 关 联, 如 图 16.22 所 示 不 需 要 其 他 更 多 的 块 图 16.22 关 联 异 常 终 止 高 网 10 59

16.6 状 态 转 换 图 高 网 10 60

表 16.4 SCTP 的 状 态 状 态 描 述 CLOSED 没 有 连 接 COOKIE-WAIT 等 待 Cookie COOKIE-ECHOED 等 待 Cookie 确 认 ESTABLISHED 连 接 已 经 建 立 ; 数 据 正 在 传 送 SHUTDOWN-PENDING 收 到 关 闭 命 令 后 正 在 发 送 数 据 SHUTDOWN-SENT 等 待 SHUTDOWN 确 认 SHUTDOWN-RECEIVED 收 到 SHUTDOWN 后 正 在 发 送 数 据 SHUTDOWN-ACK-SENT 等 待 终 止 的 完 成 高 网 10 61

图 16.24 一 般 情 况 中 的 状 态 高 网 10 62

图 16.25 同 时 打 开 高 网 10 63

图 16.26 同 时 关 闭 高 网 10 64

16.7 流 量 控 制 SCTP 中 的 流 量 控 制 和 TCP 的 相 似 在 SCTP 中, 需 要 面 对 两 种 数 据 单 位 : 字 节 和 块 rwnd 和 cwnd 的 值 是 用 字 节 表 示 的, 而 TSN 和 确 认 则 用 块 来 表 示 的 我 们 假 定 网 络 中 从 不 发 生 拥 塞, 网 络 也 是 无 差 错 的 即 假 定 cwnd 为 无 穷 大, 同 时 没 有 分 组 丢 失 迟 延 或 不 按 序 到 达 我 们 还 假 定 数 据 传 送 是 单 向 的 在 后 面 的 小 节 中, 我 们 将 会 去 掉 这 些 不 实 际 的 假 定 目 前 的 SCTP 实 现 中, 流 量 控 制 仍 然 使 用 面 向 字 节 的 窗 口 但 是 在 表 示 缓 存 时 是 以 块 为 单 位, 这 样 可 以 使 这 个 概 念 更 容 易 理 解 高 网 10 65

16.7.1 接 收 方 接 收 方 有 一 个 缓 存 ( 队 列 ) 和 三 个 变 量 队 列 用 于 保 存 那 些 收 到 的 但 还 没 有 被 进 程 读 取 的 数 据 块 第 一 个 变 量 用 于 保 存 最 后 收 到 的 TSN, 即 cumtsn 第 二 个 变 量 用 于 保 存 可 用 缓 存 的 大 小 winsize 第 三 个 变 量 用 于 保 存 最 后 一 个 累 积 确 认 lastack 图 16.27 给 出 了 接 收 方 的 队 列 和 变 量 图 16.27 接 收 方 的 流 量 控 制 高 网 10 66

1. 当 站 点 收 到 一 个 数 据 块 时, 就 把 它 保 存 到 缓 存 ( 队 列 ) 的 末 尾, 并 从 winsize 中 减 去 这 个 块 的 长 度 这 个 块 的 TSN 号 存 放 在 变 量 cumtsn 中 2. 当 进 程 读 取 一 个 块 时, 就 从 队 列 的 前 端 取 出 一 个 块, 并 把 这 个 块 的 长 度 加 到 winsize 中 ( 重 复 利 用 ) 3. 当 接 收 方 决 定 发 送 SACK 时, 它 检 查 lastack 值, 如 果 这 个 值 小 于 cumtsn, 就 发 送 一 个 SACK, 其 累 积 TSN 号 等 于 cumtsn 在 这 个 SACK 中 还 包 括 了 winsize 的 值 作 为 通 告 的 窗 口 大 小 然 后 更 新 lastack 的 值 以 保 存 cumtsn 的 值 高 网 10 67

16.7.2 发 送 方 发 送 方 有 一 个 缓 存 ( 队 列 ) 和 三 个 变 量 :curtsn rwnd 和 intransit curtsn 指 向 下 一 个 要 发 送 的 块 rwnd 用 于 保 存 由 接 收 方 通 告 的 最 近 一 个 数 值 ( 以 字 节 计 ) intransit 保 存 正 在 传 送 中 的 字 节 数, 即 已 经 发 送 出 去 但 还 没 有 被 确 认 的 字 节 数 图 16.28 发 送 方 的 流 量 控 制 高 网 10 68

1. 由 curtsn 指 向 的 块 可 以 被 发 送, 只 要 它 的 数 据 长 度 小 于 或 等 于 (rwnd - intransit) 的 值 发 送 完 这 个 块 以 后,curTSN 值 就 加 l, 以 指 向 下 一 个 要 发 送 的 块 intransit 值 要 加 上 已 经 发 送 的 块 的 长 度 2. 当 收 到 一 个 SACK 时, 队 列 中 的 TSN 小 于 或 等 于 SACK 的 累 积 TSN 的 块 就 被 清 除, 发 送 方 不 用 再 为 它 们 操 心 了 intransit 的 值 减 去 被 丢 弃 的 块 的 总 长 度 rwnd 的 值 要 更 新 到 SACK 中 通 告 的 窗 口 大 小 高 网 10 69

16.7.3 一 种 情 况 图 16.29 的 一 种 简 单 的 情 况 : 在 开 始 时, 发 送 方 的 rwnd 值 和 接 收 方 的 winsize 值 都 是 2000( 在 关 联 建 立 时 通 告 的 ) 最 初, 在 发 送 方 的 队 列 中 有 四 个 报 文 发 送 方 发 送 了 一 个 数 据 块, 把 字 节 数 (1000) 加 到 intransit 变 量 中 过 了 一 会, 发 送 方 检 查 rwnd 和 intransit 之 差 ( 是 1000 字 节 ), 所 以 又 发 送 了 另 一 个 数 据 块 现 在 这 两 个 变 量 之 差 为 0, 因 此 不 能 再 发 送 任 何 数 据 块 了 又 过 了 一 会, 一 个 SACK 到 达 了, 它 确 认 了 块 1 和 块 2 这 两 个 块 就 从 队 列 中 被 清 除 intransit 值 现 在 为 0 但 是 由 于 这 个 SACK 通 告 的 接 收 窗 口 值 是 0, 这 就 使 得 发 送 方 把 rwnd 更 新 为 0 现 在 发 送 方 被 阻 塞, 它 不 能 再 发 送 任 何 数 据 块 高 网 10 70

图 16.29 流 量 控 制 情 况 高 网 10 71

在 接 收 方, 一 开 始 时 队 列 是 空 的 当 收 到 第 一 个 数 据 块 后, 队 列 中 就 有 了 一 个 报 文, cumtsn 的 数 值 是 1 winsize 的 值 减 少 到 1000, 因 为 第 一 个 报 文 占 据 了 1000 字 节 当 收 到 第 二 个 数 据 块 后, winsize 值 是 0, 而 cumtsn 的 数 值 是 2 现 在, 如 我 们 在 后 面 将 会 了 解 到 的, 接 收 方 必 须 发 送 一 个 累 积 TSN 值 为 2 的 SACK 在 发 送 了 这 第 一 个 SACK 后, 进 程 读 取 了 两 个 报 文, 也 就 是 说 队 列 中 又 有 空 间 了, 接 收 方 再 次 用 一 个 SACK 通 告 这 种 情 况, 允 许 发 送 方 继 续 发 送 数 据 块 剩 下 的 事 件 没 有 在 图 中 表 示 出 来 高 网 10 72

16.8 差 错 控 制 SCTP 是 一 个 可 靠 的 运 输 层 协 议 它 使 用 SACK 块 向 发 送 方 报 告 接 收 方 缓 存 的 状 态 在 SCTP 的 各 种 实 现 中, 接 收 方 和 发 送 方 使 用 了 不 同 的 实 体 和 计 时 器 的 集 合 在 此 以 一 个 非 常 简 单 的 设 计 说 明 相 关 的 概 念 16.8.1 接 收 方 接 收 方 把 所 有 到 达 的 块 ( 包 括 不 按 序 的 ) 都 存 储 在 它 的 队 列 中 但 是, 它 会 为 丢 失 的 块 留 下 空 间 它 丢 弃 重 复 的 报 文, 但 会 记 录 它 们, 以 便 向 发 送 方 报 告 如 图 16.30 所 示 高 网 10 73

图 16.30 接 收 方 的 差 错 控 制 高 网 10 74

发 送 出 去 的 最 后 一 个 确 认 是 对 数 据 块 20 的 确 认, 可 用 的 窗 口 大 小 是 1000 字 节, 块 21~23 已 经 按 序 收 到 第 一 个 失 序 到 达 的 块 包 含 数 据 块 26~28 第 二 个 失 序 到 达 的 块 包 含 数 据 块 31~34 一 个 变 量 保 留 cumtsn 值 一 个 变 量 数 组 记 录 了 每 一 个 失 序 到 达 块 的 开 始 和 结 束 另 外 一 个 变 量 数 组 记 录 了 收 到 的 重 复 块 请 注 意, 在 队 列 中 没 有 必 要 存 储 重 复 块, 它 们 都 被 丢 弃 这 个 图 中 还 显 示 出 了 将 要 发 送 的 SACK 块, 它 把 接 收 方 状 态 报 告 给 发 送 方 其 中 失 序 块 的 TSN 号 是 相 对 于 累 积 TSN 的 值 ( 即 偏 移 ) 高 网 10 75

16.8.2 发 送 方 在 发 送 方 需 要 用 到 两 个 缓 存 ( 队 列 ): 一 个 发 送 队 列, 一 个 重 传 队 列 使 用 三 个 变 量 :rwnd intransit 和 curtsn, 如 前 一 节 所 述 图 16.31 给 出 了 一 种 典 型 设 计 发 送 队 列 中 保 存 着 块 23~40 块 23~36 已 经 发 送 出 去 了, 但 还 没 有 被 确 认, 它 们 是 待 确 认 的 块 curtsn 指 向 下 一 个 要 发 送 的 块 (37) 我 们 假 定 每 一 个 块 是 100 字 节, 这 表 示 共 有 1400 字 节 的 数 据 ( 块 23~36) 在 传 送 过 程 中 高 网 10 76

此 时 的 发 送 方 有 一 个 重 传 队 列 当 一 个 分 组 被 发 送 出 去 时, 就 会 为 这 个 分 组 启 动 一 个 相 应 的 重 传 计 时 器 ( 即 对 应 于 这 个 分 组 中 的 所 有 数 据 块 ) 有 的 实 现 为 整 个 关 联 使 用 一 个 计 时 器, 但 为 了 简 单 起 见 还 是 继 续 为 每 一 个 分 组 设 置 一 个 计 时 器 的 传 统 当 对 应 于 某 个 分 组 的 重 传 计 时 器 超 时, 或 声 明 某 个 分 组 丢 失 的 三 个 重 复 的 SACK 到 达 时 ( 第 15 章 讨 论 了 快 重 传 ), 这 个 分 组 中 的 数 据 块 就 被 转 移 到 重 传 队 列 中 进 行 重 传 这 些 数 据 块 被 认 为 丢 失 了, 而 不 是 待 确 认 的 重 传 队 列 中 的 数 据 块 有 优 先 权 换 言 之, 发 送 方 在 下 一 次 发 送 数 据 块 时, 被 发 送 的 数 据 块 就 是 重 传 队 列 中 的 块 21 高 网 10 77

图 16.31 发 送 方 的 差 错 控 制 高 网 10 78

假 定 在 图 16.30 中 的 SACK 到 达 了 图 16.31 中 所 示 的 发 送 方 图 16.32 给 出 了 发 送 方 的 新 状 态 图 16.32 接 收 到 SACK 后 发 送 方 的 新 状 态 高 网 10 79

1. 所 有 的 块, 如 果 其 TSN 等 于 或 小 于 SACK 中 的 cumtsn, 就 从 发 送 队 列 或 重 传 队 列 中 清 除 它 们 不 再 是 待 确 认 的 或 被 标 记 为 重 传 的 块 21 和 22 从 重 传 队 列 中 清 除 块 23 从 发 送 队 列 中 清 除 2. 该 设 计 还 要 从 发 送 队 列 中 清 除 所 有 在 间 隙 块 中 声 明 的 块, 不 过, 某 些 比 较 保 守 的 实 现 会 保 留 这 些 块, 直 至 包 含 它 们 的 一 个 cumtsn 到 达 这 种 防 护 措 施 在 某 些 不 常 见 的 情 况 下 是 需 要 的, 可 能 接 收 方 还 会 在 这 些 失 序 块 中 发 现 一 些 问 题 忽 略 这 种 罕 见 的 情 况 因 此, 块 6~28 以 及 块 31~34 就 从 发 送 队 列 中 清 除 3. 重 复 块 的 清 单 没 有 任 何 影 响 4. 如 同 在 SACK 中 通 告 的,rwnd 值 改 变 为 1000 5. 我 们 还 假 定 携 带 数 据 块 24 和 25 的 分 组 的 重 传 计 时 器 超 时 了, 它 的 两 个 数 据 块 被 转 移 到 重 传 队 列 中, 并 按 照 在 第 15 章 中 讨 论 的 指 数 退 避 规 则 设 置 新 的 重 传 计 时 器 6. 变 量 intransit 值 变 为 400, 因 为 现 在 只 有 4 个 块 正 在 传 输 在 重 传 队 列 中 的 块 没 有 计 入, 因 为 它 们 假 定 丢 失 了, 而 不 是 正 在 传 输 高 网 10 80

16.8.3 发 送 数 据 块 任 一 端 都 可 以 发 送 数 据 分 组, 只 要 在 发 送 队 列 中 有 TSN 大 于 或 等 于 curtsn 的 数 据 块, 或 者 在 重 传 队 列 中 有 数 据 块 重 传 队 列 具 有 优 先 权 但 是, 这 个 分 组 中 的 一 个 或 多 个 数 据 块 的 总 长 度 一 定 不 能 超 过 (rwnd - intransit), 并 且 帧 的 总 长 度 一 定 不 能 超 过 MTU 值 ( 如 我 们 在 前 面 的 小 节 中 所 讨 论 的 ) 如 果 假 定, 在 前 面 描 述 的 情 况 中, 我 们 的 分 组 只 能 携 带 3 个 块 ( 由 于 MTU 的 限 制 ), 那 么 重 传 队 列 中 的 块 24 和 25, 和 发 送 队 列 中 的 下 一 个 要 发 送 的 块 37 是 可 以 发 送 的 请 注 意, 在 发 送 队 列 中 的 待 确 认 的 块 不 能 发 送, 因 为 假 设 它 们 已 经 在 传 输 中 还 要 注 意, 任 何 从 重 传 队 列 中 发 送 的 块, 同 样 也 要 设 置 重 传 计 时 器 新 的 计 时 器 影 响 到 块 24,25 和 37 这 里 我 们 要 指 出, 某 些 实 现 不 允 许 把 重 传 队 列 和 发 送 队 列 中 的 块 混 合 起 来 发 送 在 这 种 情 况 下, 只 有 块 24 和 25 可 以 在 这 个 分 组 中 被 发 送 高 网 10 81

重 传 与 TCP 一 样, 为 了 控 制 丢 失 的 或 丢 弃 的 块,SCTP 采 用 了 两 种 策 略 : 使 用 重 传 计 时 器 以 及 收 到 对 相 同 丢 失 块 的 4 个 SACK 重 传 计 时 器 SCTP 利 用 重 传 计 时 器 来 处 理 重 传 时 间, 即 等 待 分 组 被 确 认 的 时 间 在 SCTP 中 计 算 RTO 和 RTT 的 过 程 和 我 们 曾 讨 论 过 的 TCP 的 一 样 SCTP 使 用 测 量 的 RTT( RTTM) 平 滑 的 RTT (RTTs) 和 RTT 偏 差 (RTTD) 来 计 算 RTO SCTP 还 使 用 Karn 算 法 来 避 免 确 认 的 二 义 性 请 注 意, 如 果 一 个 主 机 使 用 多 个 IP 地 址 ( 多 归 属 ), 那 么 必 须 对 每 条 路 径 分 别 计 算 RTO 四 个 丢 失 分 组 的 报 告 每 当 发 送 方 连 续 收 到 四 个 重 复 的 SACK, 且 它 们 的 间 隙 信 息 都 指 出 一 个 或 多 个 特 定 的 块 丢 失 了 时, 发 送 方 就 需 要 把 这 些 块 视 为 丢 失 的, 并 立 即 把 它 们 转 移 到 重 传 队 列 中 这 个 行 为 类 似 于 TCP 中 的 快 重 传 高 网 10 82

16.8.4 生 成 SACK 块 SCTP 生 成 SACK 块 的 规 则 和 TCP 使 用 ACK 标 志 作 为 确 认 是 相 似 的 规 则 如 下 : 1. 当 一 端 向 另 一 端 发 送 DATA 块 时, 它 必 须 包 含 一 个 SACK 块, 用 来 通 告 已 收 到 的 未 被 确 认 的 DATA 块 2. 当 一 端 收 到 包 含 数 据 的 分 组 时, 如 果 它 没 有 数 据 要 发 送, 就 必 须 在 规 定 的 时 间 内 ( 通 常 是 500 ms) 对 这 个 收 到 的 这 个 分 组 进 行 确 认 3. 当 一 端 每 收 到 两 个 连 续 的 分 组 时, 必 须 至 少 发 送 一 个 SACK 这 个 规 则 高 于 第 二 个 规 则 4. 当 一 个 具 有 失 序 DATA 块 的 分 组 到 达 时, 接 收 方 必 须 立 即 发 送 SACK 块, 把 这 个 情 况 报 告 给 发 送 方 5. 当 一 端 收 到 一 个 具 有 重 复 DATA 块 的 分 组, 且 其 中 没 有 新 的 DATA 块 时, 这 个 重 复 的 数 据 块 必 须 立 即 用 SACK 块 报 告 高 网 10 83

16.9 拥 塞 控 制 与 TCP 一 样, 运 输 层 协 议 SCTP 所 传 送 的 分 组 可 能 会 在 网 络 中 遭 遇 拥 塞 SCTP 的 设 计 者 采 用 了 在 第 15 章 讨 论 TCP 时 描 述 的 相 同 策 略 SCTP 有 慢 开 始 ( 指 数 增 大 ) 拥 塞 避 免 ( 加 法 增 大 ) 和 拥 塞 检 测 ( 乘 法 减 小 ) 几 个 阶 段 像 TCP 那 样,SCTP 也 使 用 快 重 传 和 快 恢 复 16.9.1 拥 塞 控 制 和 多 归 属 SCTP 中 的 拥 塞 控 制 更 加 复 杂 一 些, 因 为 一 台 主 机 可 以 有 多 个 IP 地 址 在 这 种 情 况 下, 网 络 中 的 数 据 所 通 过 的 路 径 可 以 超 过 一 条 这 些 路 径 中 的 每 一 条 都 可 能 遭 遇 不 同 程 度 的 拥 塞 这 就 表 示 站 点 需 要 为 每 个 IP 地 址 设 置 不 同 的 cwnd 值 高 网 10 84

16.9.2 显 式 拥 塞 通 知 如 同 为 其 他 广 域 网 定 义 的 那 样, 显 式 拥 塞 通 知 (ECN) 是 使 接 收 方 能 够 明 确 地 通 知 发 送 方 有 关 在 网 络 中 受 到 了 任 何 拥 塞 的 一 个 过 程 如 果 接 收 方 发 现 有 很 多 延 迟 的 或 丢 失 的 分 组, 这 就 是 可 能 发 生 了 拥 塞 的 一 种 指 示 SCTP 可 以 在 INIT 和 INIT ACK 中 使 用 一 个 ECN 选 项, 使 双 方 协 商 ECN 的 使 用 如 果 双 方 都 同 意, 接 收 方 就 可 以 通 知 发 送 方 发 生 了 拥 塞, 办 法 是 在 每 个 分 组 中 发 送 一 个 ECNE( 显 式 拥 塞 通 知 回 送 ) 块, 直 至 它 收 到 一 个 CWR ( 拥 塞 窗 口 减 小 ) 块, 表 明 发 送 方 已 经 减 小 了 它 的 cwnd 值 我 们 没 有 讨 论 过 这 两 个 块, 因 为 它 们 还 没 有 成 为 标 准 的 一 部 分, 同 时 也 由 于 显 式 拥 塞 通 知 的 讨 论 已 经 超 过 了 本 书 的 范 围 高 网 10 85

作 业 和 实 践 作 业 2,3,10,13 实 践 ( 自 己 练 习, 不 考 核 ) 高 网 10 86