WebRTC 流控制传输协议(SCTP)

作者：追风剑情发布于：2024-2-26 16:25 分类：Unity3d

WebRTC数据通道是一种直接建立在浏览器之间的传输通道，专门用于传输非媒体流的数据。它为 Web开发人员提供了一种灵活且可配置的方式，可绕开服务器直接交互数据。使用信令服务器也可以传输数据，但相比基于Socket.IO的信令服务器，数据通道具有以下特点。

数据交换不经过服务器，不受服务器性能及带宽瓶颈的限制，同时减少了数据被拦截的概率。
底层传输使用了 DTLS，具有较高的安全性。
上层使用SCTP，默认使用可靠且有序的方式进行数据传输。

数据通道支持传输字符串、文件、图片等数据。数据通道API的使用方式与WebSocket非常相似，但是 WebSocket运行于TCP之上，而数据通道则运行于SCTP之上。

流控制传输协议(Stream Control Transmission Protocol，SCTP)是在 2000年由 IETF 的 SIGTRAN 工作组定义的一个传输层协议。它是面向连接、端到端、全双工、带有流量和拥塞控制的可靠传输协议，与TCP和UDP处于同一级别，可以直接运行在IP之上。

SCTP的连接称为关联。SCTP支持多流机制，一个关联可以有多个流，每个流都给定一个编号，编号包含在SCTP报文中。关联中的流相互独立，一个流出现阻塞不会影响同一关联中的其他流。相比之下，类似的阻塞问题在TCP中却很容易出现。

SCTP 与 TCP、UDP 的对比
对比项	TCP	UDP	SCTP
可靠性	可靠	不可靠	可配置可靠、不可靠两种模式。默认使用可靠模式
数据包分发	有序	无序	可配置有序、无序两种方式。默认使用有序方式
传输	面向字节	面向消息	面向消息
流控	支持	不支持	支持
拥塞控制	支持	不支持	支持

SCTP采用的是类似TCP的流控和拥塞控制机制，但有所增强。整个传输过程分为慢启动阶段和拥塞避免阶段。与TCP不同的是，SCTP的拥塞窗口的初始值是2个MTU，可以获得比 TCP更快的窗口增长。SCTP的拥塞控制采用了选择确认(SACK)快速重传和快速恢复组合的方式，是TCP各种主流改进机制的集成。因为SCTP采用了块结构和控制块机制，所以可以比TCP有更高的传输性能。由于SCTP有多条通往对端的路径，所以在发送端，它对每一条路径都有一套拥塞控制参数。这类似于有多个通往对端的TCP连接，SCTP为多条路径的流量控制和拥塞控制提供统一的管理机制。

1.SCTP 关联

SCTP提供多宿主特性，单个SCTP端点能够支持多个IP地址。该特性为应用程序提供了比TCP更高的可用性。如果一台主机有多个网络接口，且能够通过多个IP地址访问该主机，则这台主机就是多宿主主机。

SCTP使用“关联”一词代替TCP使用的“连接”，这样做的原因是，一个连接只涉及两个IP地址间端到端的通信，而一个关联指代两台主机之间的通信，它可能涉及两个以上IP地址的通信。当端点之间建立一个关联之后，如果某个网络链路发生故障，SCTP就可以切换到关联的另一个地址继续提供服务，从而避免了网络故障导致的服务中断。

SCTP通过自带的心跳机制(heartbeat)可以探测网络链路的可用性，如果某条链路上的心跳超出设定值仍没有响应，则认为该链路不可用。

2.关联的建立与关闭

建立SCTP关联须通过4次握手，关闭SCTP的关联则需要3次握手，同时，数据只有在关联建立之后和关联关闭之前才可以发送。与TCP不同，SCTP不支持半连接状态，也就是说任何一方关闭关联后，对方便不能再发送数据了。下图展示了TCP和SCTP的建立连接过程。

TCP的3次握手带来了一些安全问题。为了建立TCP连接，首先客户端向服务器端发送一个SYN报文，然后服务器端回复SYN-ACK报文进行确认，接着客户端使用ACK报文确认已接收到报文，最终成功建立连接。如果恶意客户端使用虚假的源地址伪造IP报文，TCP的安全问题就暴露出来了。例如，恶意客户端发送大量SYN报文，对服务器端造成攻击。服务器端收到SYN报文后，要为连接分配资源，在大量产生SYN报文的情况下最终耗尽自己的资源，无法处理新的请求。这种情况就是遭到了SYN Flooding 攻击。

SCTP可以通过4次握手的机制及引人 cookie 的概念，有效阻止 SYN Flooding 攻击。在 SCTP 中，客户端使用一个 INIT 报文请求建立关联，服务器端收到 INIT 报文后使用 INIT-ACK 报文进行响应，其中包括了 cookie(关联的唯一标识)。客户端随后使用 COOKIE-ECHO 报文进行响应，其中包含了服务器端发送的cookie。现在，服务器端可以为这个关联分配资源了，并通过向客户端发送一个 COOKIE-ACK 报文对其进行响应，最后成功建立关联。

为了避免 SYN Flooding 攻击，SCTP还采用了一种比较“聪明”的办法，即服务器端不维护半连接信息，而是把半连接信息发送给客户端，如果客户端确实需要建立这个连接。再把半连接信息返回服务器端，这时服务器端就可以根据返回的半连接信息建立连接了。

下图展示了TCP与SCTP关闭过程的对比。在TCP中，建立连接的一方可以关闭自己的套接字(socket)，然后发送FIN报文说明这个端点不会再发送数据，但是在关闭套接字之前，它仍然可以继续接收数据，这个状态被称为TCP连接的半关闭状态。

实际上，应用程序很少使用这种半关闭状态，因此SCTP的设计者选择放弃这种状态并将其替换成一个显式的终结序列。在SCTP中，当一方关闭自己的套接字时，会产生一个SHUTDOWN原语，此时建立关联的双方需要全部关闭，且将来任何一方都不允许再进行数据传输了。

3.数据块

SCTP是一种面向消息的传输协议，从上层应用传递下来的数据以消息的形式传输。为便于传输，SCTP提供消息的拆分和组装，以及消息的传输功能。

SCTP进行数据传输的基本单位是块。每个SCTP包含一个SCTP公共标头、一个或多个块。块有两种基本类型: 控制块和数据块。控制块用于SCTP的连接控制，如连接的建立、关闭、传输路径的维护等；数据块用于传送应用层的用户数据。上层用户的每一个消息均被封装在一个数据块中，如果消息长度大于传输路径的最大传输单元(MTU)，则消息将被拆分成多个数据块传输，在接收端组装后再向上层提交。如果消息较短，则多个消息可以放入同一个 SCTP 包中，但要求总体大小不能超过MTU，即多个数据块共用一个头部，从而提高传输效率。数据块可以和控制块封装在同一个SCTP包进行传输。

SCTP数据包公共的标头部分占用数据包的前12个字节，如下表所示。

SCTP 数据包标头
位	0-7	8-15	16-23	24-31
0	源端口		目标端口
32	校验标签
64	校验和
96	块1类型	块1标记	块1长度
128	块1数据
...	块N类型	块N标记	块N长度
...	块N数据