ストリーム制御伝送プロトコル

ストリーム制御伝送プロトコル( SCTP )は、インターネット プロトコル スイートのトランスポート層にあるコンピュータ ネットワーク 通信プロトコルです。このプロトコルは、もともと電気通信におけるSignaling System 7 (SS7) メッセージ転送を目的としており、 User Datagram Protocol (UDP) のメッセージ指向機能を提供するとともに、 Transmission Control Protocol (TCP) のような輻輳制御を使用して、メッセージの信頼性の高い順序どおりの転送を保証します。UDP や TCP とは異なり、このプロトコルはマルチホーミングと冗長パスをサポートし、復元力と信頼性を高めます。

SCTP は、 Internet Engineering Task Force (IETF)によってRFC 9260で標準化されています。SCTP リファレンス実装はFreeBSDバージョン 7 の一部としてリリースされ、その後他のプラットフォームに広く移植されています。

IETFシグナリングトランスポート（SIGTRAN ）ワーキンググループは、2000年10月にプロトコル（番号132 ^{[1] ）}を定義し、 ^[2] IETFトランスポートエリア（TSVWG）ワーキンググループがそれを管理しています。RFC 9260は プロトコルを定義しています。RFC 3286は 概要を提供します。

SCTP アプリケーションは、送信するデータをメッセージ (バイトのグループ) として SCTP トランスポート層に送信します。SCTP は、メッセージと制御情報を別々のチャンク(データ チャンクと制御チャンク)に配置します。各チャンクはチャンク ヘッダーで識別されます。このプロトコルは、メッセージを複数のデータ チャンクに分割できますが、各データ チャンクには 1 つのユーザー メッセージのデータのみが含まれます。SCTP は、チャンクを SCTP パケットにまとめます。インターネット プロトコルに送信される SCTP パケットは、パケット ヘッダー、SCTP 制御チャンク (必要な場合)、および SCTP データ チャンク (使用可能な場合) で構成されます。

SCTP はメッセージ指向と特徴付けられます。つまり、TCP のように途切れることのないバイト ストリームを転送するのではなく、一連のメッセージ (それぞれがバイトのグループ) を転送します。UDP と同様に、SCTP では送信者が 1 つの操作でメッセージを送信し、そのメッセージが 1 つの操作で受信側アプリケーション プロセスに渡されます。対照的に、TCP はストリーム指向のプロトコルであり、バイトのストリームを確実に順序どおりに転送します。ただし、TCP では、送信側アプリケーションが TCP トランスポートを呼び出して、送信するバイトのグループを渡した回数を受信側が知ることはできません。送信側では、TCP は、ネットワーク経由で送信されるのを待機しているバイトのキューにバイトを追加するだけで、個別の送信メッセージのキューを保持する必要はありません。キューは保持する必要があります。

マルチストリーミングという用語は、SCTP が複数の独立したチャンクのストリームを並行して送信する機能を指します。たとえば、Web ページの画像を Web ページのテキストと同時に送信します。本質的には、複数の接続を 1 つの SCTP アソシエーションにまとめ、バイトではなくメッセージ (またはチャンク) に対して操作を行います。

TCP は、各セグメントにバイトシーケンス番号を含めることで、ストリーム内のバイト順序を維持します。一方、SCTP は、ストリームで送信される各メッセージにシーケンス番号またはメッセージ ID ^{[注 1]}を割り当てます。これにより、異なるストリーム内のメッセージの順序を独立して設定できます。ただし、SCTP ではメッセージの順序はオプションです。受信側アプリケーションは、送信順ではなく受信順にメッセージを処理することを選択できます。

SCTP の機能は次のとおりです。

• 順序付きおよび順序なしのデータストリームの両方の信頼性の高い伝送
• マルチホーミングのサポートにより、接続の一方または両方のエンドポイントが複数の IP アドレスで構成できるようになり、冗長ネットワーク パス間の透過的なフェイルオーバーが可能になります。
• 独立したストリーム内でのチャンクの配信により、TCP バイト ストリーム配信とは異なり、不要なヘッドオブライン ブロッキングが排除されます。
• 明示的な部分信頼性
• パス選択と監視により、主要なデータ伝送パスを選択し、伝送パスの接続性をテストします。
• 検証および確認メカニズムは、フラッディング攻撃から保護し、重複または欠落したデータ チャンクを通知します。
• イーサネットジャンボフレームに適したエラー検出の改善

SCTPの設計者は、もともとインターネットプロトコル上で電話（つまり、Signaling System 7）を転送することを意図しており、IPでSS7シグナリングネットワークの信頼性属性の一部を複製することを目標としていました。このIETFの取り組みはSIGTRANとして知られています。その間、 Diameterプロトコル^[3]やReliable Server Pooling（RSerPool）^[4]など、他の用途も提案されています。

TCP は、インターネット上でデータを確実に転送するための主要な手段を提供してきました。しかし、TCP はいくつかのアプリケーションに制限を課しています。RFC 4960 より:

• TCP は、信頼性の高いデータ転送と、データの転送順序を厳格に守った配信の両方を実現します。アプリケーションによっては、順序を維持せずに信頼性の高い転送を必要とするものもあれば、データの部分的な順序付けで満足できるものもあります。どちらの場合も、TCP のヘッドオブライン ブロッキング プロパティによって不要な遅延が発生します。
• 個別のレコードまたはメッセージを交換するアプリケーションの場合、TCP のストリーム指向の性質により、個々のレコードを区別するために明示的なマーカーまたはその他のエンコーディングを追加する必要があります。
• 1 つの大きなパケットで十分な場合に多数の小さな IP パケットを送信することを避けるために、TCP 実装は、アプリケーションによってキューに入れられる可能性のあるより多くのデータを待つ間、データの送信を遅らせることがあります ( Nagle のアルゴリズム)。このような小さな遅延が望ましくない場合、アプリケーションはプッシュ機能を使用して (つまり、TCP パケット ヘッダーに PSH フラグを設定することによって)、ケースバイケースで遅延のない送信を明示的に要求する必要があります。一方、SCTP では、遅延のない送信をアソシエーションのデフォルトとして設定できるため、望ましくない遅延がなくなりますが、転送オーバーヘッドが高くなります。^[5]
• TCP ソケットの限られた範囲^[曖昧]により、マルチホーム ホストを使用して可用性の高いデータ転送機能を提供するタスクが複雑になります。
• TCP は、 SYN 攻撃などのサービス拒否攻撃に対して比較的脆弱です。

認知度の低さ、実装の不足（特にMicrosoft Windows）、アプリケーションサポートの不足、ネットワークサポートの不足により、導入が遅れています。^[6]

SCTPは、携帯電話分野ではいくつかのコアネットワークインターフェースのトランスポートプロトコルとして採用されています。^[7]

SCTP は信頼性を高めるために冗長パスを提供します。

各 SCTP エンドポイントは、ハートビートを使用して、リモート エンドポイントのプライマリ アドレスと冗長アドレスの到達可能性を確認する必要があります。各 SCTP エンドポイントは、リモート エンドポイントから受信したハートビートを確認する必要があります。

SCTP がリモート アドレスにメッセージを送信する場合、送信元インターフェイスはホストのルーティング テーブルによってのみ決定されます (SCTP によって決定されるわけではありません)。

非対称マルチホーミングでは、2 つのエンドポイントのうちの 1 つがマルチホーミングをサポートしていません。

ローカル マルチホーミングおよびリモート シングルホーミングでは、リモート プライマリ アドレスに到達できない場合、代替パスが可能であっても SCTP アソシエーションは失敗します。

SCTP パケットは 2 つの基本セクションで構成されます。

1. 共通ヘッダーは最初の 12 バイトを占め、青色で強調表示されます。
2. パケットの残りの部分を占めるデータチャンク。最初のチャンクは緑色で強調表示され、N 個のチャンクの最後のもの (チャンク N) は赤色で強調表示されます。

各チャンクは 1 バイトのタイプ識別子で始まり、RFC  9260 で 15 種類のチャンク タイプが定義され、追加の RFC で少なくとも 5 種類が定義されています。^{[注 2]} 8 ビットのフラグ、2 バイトの長さフィールド、およびデータがチャンクの残りを構成します。チャンクが 4 バイトの倍数にならない場合 (つまり、長さが 4 の倍数にならない場合)、チャンクの長さには含まれないゼロが埋め込まれます。2 バイトの長さフィールドにより、各チャンクの長さは 65,535 バイトに制限されます (タイプ、フラグ、および長さフィールドを含む)。

暗号化は元の SCTP 設計の一部ではありませんでしたが、SCTP は、SYN フラッディング攻撃から保護するための 4 ウェイハンドシェイク( TCP の 3 ウェイ ハンドシェイクと比較)や、関連付けの検証と信頼性のための大きな「クッキー」など、セキュリティを強化する機能を備えて設計されました。

信頼性も SCTP のセキュリティ設計の重要な部分でした。マルチホーミングにより、一部のルートやインターフェイスがダウンした場合でも、接続を開いたままにすることができます。これは、SCTP を使用して IP ネットワーク上でSS7 を伝送し、ネットワーク異常が発生しても通信サービスを維持するためにリンク停止中に強力な回復力を必要とする SIGTRAN にとって特に重要です。

SCTP は、フィンガープリンティングの候補として適している場合があります。一部のオペレーティング システムでは SCTP サポートが有効になっていますが、TCP や UDP ほどよく知られていないため、ファイアウォールや侵入検知の設定で見落とされ、プローブ トラフィックが許可されてしまうことがよくあります。

SCTPリファレンス実装はFreeBSD、Mac OS X、Microsoft Windows、Linux上で動作します。^[8]

次のオペレーティング システムはSCTP を実装しています。

• AIXバージョン 5 以降
• NetBSD ^[9] 8.0以降^[10]
• Cisco IOS 12以上
• DragonFly BSDバージョン1.4以降ではサポートされていますが、バージョン4.2ではサポートが廃止されています^[11]
• FreeBSDバージョン7以降には、リファレンスSCTP実装が含まれています^[12]
• HP-UX、11i v2以上^[13]
• イルモス
• Linuxカーネル2.4以上
• QNX Neutrino Realtime OS、^[14] 6.3.0から6.3.2、6.4.0以降は非推奨^[15]
• Compaq SCTP アドオン パッケージを搭載したTru64
• Sun Solaris 10以上^[16]
• VxWorksバージョン 6.2.x から 6.4.x、および 6.7 以降

サードパーティドライバー:

• マイクロソフトウィンドウズ:
  • SctpDrvカーネルドライバはBSD SCTPスタックをWindowsに移植したものである（2012年以降は廃止）^[17]
• MacOSの場合:
  • Mac OS X用SCTPネットワークカーネル拡張^[18]

ユーザー空間ライブラリ:

• ポータブルSCTPユーザーランドスタック^[19]
• SCTPライブラリ^[20]
  • Windows XPへの移植^[21]
• Oracle Java SE 7
• アーラン/OTP

次のアプリケーションは SCTP を実装します。

• ウェブRTC
• ネットフロー

オペレーティングシステムにネイティブのSCTPサポートがない場合、 UDPを介してSCTPをトンネリングすることが可能であり^[22]、TCP API呼び出しをSCTP呼び出しにマッピングして、既存のアプリケーションが変更なしでSCTPを使用できるようにすることも可能である。^[23]

• RFC  9260 ストリーム制御伝送プロトコル
• RFC  8540 ストリーム制御伝送プロトコル: RFC 4960 のエラッタと問題 (RFC 9260 により廃止)
• RFC  7829 SCTP-PF: ストリーム制御伝送プロトコルの迅速なフェイルオーバーアルゴリズム
• RFC  7765 TCP およびストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) RTO 再起動
• RFC  7496 部分的に信頼できるストリーム制御伝送プロトコル拡張の追加ポリシー
• RFC  7053 ストリーム制御伝送プロトコルの SACK-IMMEDIATELY 拡張 (RFC 9260 により廃止)
• RFC  6951 エンドホスト間通信のためのストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) パケットの UDP カプセル化
• RFC  6525 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) ストリーム再構成
• RFC  6458 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) のソケット API 拡張
• RFC  6096 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) チャンク フラグ登録 (RFC 9260 により廃止)
• RFC  5062 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) に対するセキュリティ攻撃と現在の対策
• RFC  5061 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) 動的アドレス再構成
• RFC  5043 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) 直接データ配置 (DDP) 適応
• RFC  4960 ストリーム制御伝送プロトコル (RFC 9260 により廃止)
• RFC  4895 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) の認証済みチャンク
• RFC  4820 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) のパディング チャンクとパラメータ
• RFC  4460 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) 仕様のエラッタと問題点 (RFC 9260 により廃止)
• RFC  3873 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP)管理情報ベース(MIB)
• RFC  3758 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) 部分信頼性拡張
• RFC 3554 IPsec でのストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) の使用について
• RFC  3436 ストリーム制御伝送プロトコル上のトランスポート層セキュリティ
• RFC  3309 ストリーム制御伝送プロトコル (SCTP) チェックサムの変更 (RFC 4960 により廃止)
• RFC  3286 ストリーム制御伝送プロトコルの概要
• RFC  3257 ストリーム制御伝送プロトコル適用性ステートメント
• RFC  2960 ストリーム制御伝送プロトコル (RFC 3309 によって更新され、RFC 4960 によって廃止されました)

• トランスポート層 § トランスポート層プロトコルの比較
• セッション開始プロトコル（SIP） – SCTP、TCP、またはUDPを介して複数のストリームを開始できます。
• マルチパスTCP – TCP接続で複数のパスを使用してリソースの使用率を最大化し、冗長性を高めることができます。
• ハッピーアイボール– 元々は接続にIPv4またはIPv6を効率的に選択するために設計されたものです。^[24] TCPやSCTPなどの異なるトランスポートプロトコルから選択するように適応させることもできます。^[25]

• sigtran (アーカイブ)
• 「シグナリングトランスポート (sigtran) ワーキンググループ」。
• 「輸送分野ワーキンググループ（tsvwg）」。
• 「OpenSS7 プロジェクト」。
• Linux 用 SCTP ワークグループ
• 「Michael Tüxen の SCTP ページ」。
• 「Lode Coene の SCTP ページ」。
• 「Thomas Dreibholz の SCTP プロジェクト ページ」。