SCTP - ianchen0119/Introduce-to-5GC GitHub Wiki
SCTP（Stream Control Transmission Protocol）相關的定義可以在 RFC4960 找到，SCTP 對比 TCP 協定有以下特點：
- 初始化採用 4-way handshake
- 結束時採用 3-way handshake
- 使用 chunck 傳遞資料
- Multi-homing
- Multi-streaming
- SACK（selective acknowledgement）機制
- Path MTU Discovery
- Ordered/Unordered 傳輸機制
本篇文章會依據上面列出的特點一一做介紹。
進入正題
SCTP association & termination
參考上圖，SCTP 的初始化採用四向交握的設計，如此一來可以避免 TCP 容易受到服務阻斷攻擊的弱點。再來是 SCTP 使用三向交握的方式結束連線，這樣可以避免 TCP 的半關閉狀態（意即有一方已關閉連線，但是另一方仍繼續傳送資料）。
SCTP Headers
Multi-homing
Multi-homing 的特性允許端點與端點之間的連線透過多個網路裝置進行傳遞，當一個 SCTP 連線具有多路徑時（應在 init ack 訊息中表示），SCTP 會選擇其中一個路徑做為資料傳輸的 primary path，其它的路徑作為 backup path。 SCTP 利用 heartbeat 定期檢測各個線路是否存活，當 primary path 中斷或是發生故障時，backup path 便能夠頂替上來加速故障轉移。
上圖為 SCTP init ack 的訊息內容，注意紅匡處的部分，我們可以發現在訊息中帶有多個 ip 位址。
Multi-streaming
SCTP multi-streaming 的特性可以大大的提高傳輸速率，在端點之間建立連線時，必須先協調好串流數量，將不同類型的資料分開使用不同的串流進行傳輸。 如果有某一個資料流發生阻塞，其他的資料流也不會受到任何影像，在每一個資料流中的 data chunk 都有各自的 stream sequence number，所以每一個資料流可以分開來管理封包的重送機制。想像一下，如果 http 協定可以基於 SCTP 重新設計，那麼瀏覽網站之前瀏覽器可以讓不同的檔案透過個別的資料流傳輸，大大的降低傳輸時間。
SACK（selective acknowledgement）機制
- 接收端會發送 sack 訊息給發送端，sack 訊息會乘載所有已經收到的 Transmission Sequence Number（TSN）。
- Cumulative TSN ack 欄位表示所有資料已經正確的在接收端重組。
- Gap block 用於表示哪些 data chunk 已經送達、哪些 data chunk 遺失了。
以上圖為例：
- TSN Ack = 29 表示截至 29 為止的 data chunk 都已經正確的被接收。
- block 1 的 start 以及 end 分別是 3 和 4，表示接收端有收到 TSN 為 32（29+3）與 33（29+4）的 data chunk。
- block 2 的 start 以及 end 都是 6，表示接收端有收到 TSN 為 35（29+6）的 data chunk。
Path MTU Discovery
MTU（傳輸單元最大值）代表一個裝置可以接受的最大資料封包的大小，如果超過 MTU 限制，那個封包會被切分成多個 segment，等到接收端收到這些被拆分的段落時再進行重組。 而 SCTP 支援 Path MTU discovery 的功能，這樣就可以確保封包在經過 IP layer 時不被分割。
上圖為傳統的 MTU discovery 流程圖，相比 TCP 協定，由於 SCTP 還具有 Multi-homing 的特性，在經過每一個 path 時都會取得 PMTU，因此，SCTP 可以從所有蒐集到的 PMTU 選擇一個最小值作為 sMPTU，並且在 SCTP layer 就先行調整 data chunk 的大小再傳入 IP layer，這樣的做法也帶來了更大的傳輸率，因為在 IP layer 進行分割之後，若碰到封包的某一個部分遺失，那麼就會需要將整個 segment 進行重傳。
Ordered/Unordered 傳輸機制
SCTP 支援 Ordered 與 Unordered 的傳輸機制，比起前者，後者不需要依序傳輸，這很好的避免了 Head-of-line blocking 的問題。 Head-of-line blocking 是指當一列的第一個封包在傳輸時受到阻礙，會導致整列的封包受到影響，這個狀況比較常出現在具有 buffering 機制的交換機、或是傳送端的傳輸順序錯亂。
總結
本篇文章簡單的介紹了 SCTP 協定，並且順帶講解了一些網路封包傳輸的概念和專有名詞，會特別介紹這個協定是因為在 EPC 中 MME 與 eNB（S1 interface）以及 5GC 中的 AMF 與 gNB（N2 interface）皆是使用 SCTP 協定進行傳輸。 有意思的是 SCTP 除了電信領域外，幾乎沒有在其他地方被使用，背後的原因主要是 SCTP 比起 TCP 和 UDP 複雜，而且沒有被整合至 TCP/IP 當中，但我們日常使用手機上網時其實會以極高的頻率觸發 SCTP 訊息的傳輸，算是一個為大家默默付出不吭聲的網路協定（？）