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属するコンピュータネットワーク通信プロトコルです。元々は電気通信におけるシグナリングシステム7（SS7）メッセージ伝送を目的として開発されたこのプロトコルは、ユーザーデータグラムプロトコル（UDP）のメッセージ指向機能を備えつつ、伝送制御プロトコル（TCP）のような輻輳制御機能によってメッセージの信頼性の高い順序通りの伝送を保証します。UDPやTCPとは異なり、SCTPはマルチホーミングと冗長パスをサポートすることで、耐障害性と信頼性を向上させています。

SCTPは、インターネット技術タスクフォース（IETF）によってRFC 9260で標準化されています。SCTPの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も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維持しています。RFC 9260はプロトコルを定義し、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、それぞれをチャンクヘッダーで識別します。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はこれらのチャンクをSCTPパケットにバンドルします。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（利用可能な場合）で構成されます。

SCTPはメッセージ指向プロトコルであり、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では送信側が1回の操作でメッセージを送信し、そのメッセージが受信側のアプリケーションプロセスに1回の操作で渡されます。これに対し、TCPはストリーム指向プロトコルであり、バイトストリームを確実に順番に転送します。ただし、TCPでは、送信側アプリケーションがTCPトランスポートを何回呼び出してバイトグループを送信したか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っているバイトのキューにバイトを追加するだけで、個々の送信メッセージのキューを保持してそれをそのまま維持する必要はありません。

マルチストリーミングとは、SCTPが複数の独立したチャンクストリームを並列に送信する機能を指します。例えば、ウェブページの画像とテキストを同時に送信する場合などです。本質的には、複数の接続を単一のSCTPアソシエーションにまとめ、バイト単位ではなくメッセージ（またはチャンク）単位で処理を行うことを意味します。

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保持します。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個別に制御できます。ただし、SCTPではメッセージの順序は任意であり、受信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することもできます。

SCTPの主な特徴は以下のとおりです。

• 順序付きデータストリームと順序なしデータストリームの両方を確実に伝送する
• マルチホーミング機能により、接続のエンドポイントの一方または両方が複数のIPアドレスを持つことが可能になり、冗長なネットワークパス間での透過的なフェイルオーバーが実現します。
• TCPバイトストリーム配信とは異なり、独立したストリーム内でチャンクを配信することで、不要な先頭ブロックが解消されます。
• 明示的な部分的信頼性
• 経路選択と監視により、主要なデータ伝送経路を選択し、伝送経路の接続性をテストする。
• 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機能の向上

SCTP の設計者は当初、インターネット プロトコル上で電話 (すなわちシグナリング システム 7) を伝送することを目的としており、SS7 シグナリング ネットワークの信頼性属性の一部を IP で再現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厳密な送信順序によるデータ配信の両方を提供します。一部のアプリケーションは、順序維持なしで信頼性の高い転送を必要としますが、他のアプリケーションは、データの部分的な順序付けで満足します。どちらの場合も、TCPのヘッドオブラインブロッキング特性は不要な遅延を引き起こします。
• 個別のレコードや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上、個々のレコードを区別するために明示的なマーカーやその他のエンコーディングを追加する必要がある。
• 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、TCPの実装では、アプリケーションによってキューに追加される可能性のあるデータを待機する間、データの送信を遅延させる場合があります（Nagleのアルゴリズム）。多くのTCP実装ではNagleのアルゴリズムを無効にすることができますが、これは仕様で必須ではありません。一方、SCTPでは、遅延なしの送信をアソシエーションのデフォルトとして構成できるため、不要な遅延はなくなりますが、転送オーバーヘッドが高くなります。^{[ 5 ]}
• TCPソケットの適用範囲が限られているため、マルチホームホストを使用して高可用性のデータ転送機能を提供することは困難です。
• 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ある。

SCTP の普及は、認知度の低さ、実装の不足 (特に Microsoft Windows において)、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って遅れている。^{[ 6 ]}

SCTPは、モバイル通信分野で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る。^{[ 7 ]}

SCTPマルチホーミング

非対称マルチホーミング：ローカルマルチホーミングからリモートシングルホーミングへ

非対称マルチホーミング：ローカルシングルホーミングからリモートマルチホーミングへ

SCTPは信頼性を高めるために冗長な経路を提供する。

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への到達可能性を確認する必要があります。また、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承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ー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、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1つは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において、リモートプライマリアドレスに到達できない場合、代替パスが利用可能であってもSCTPアソシエーションは失敗します。

SCTPパケットは、基本的に2つのセクションから構成されます。

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ています。
2. データチャンクは、パケットの残りの部分を占めます。最初のチャンクは緑色で強調表示され、N個のチャンクのうち最後のチャンク（チャンクN）は赤色で強調表示されています。

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、さらに少なくとも 5 種類が追加の RFC で定義されています。^{[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の部分を構成します。チャンクが 4バイトの倍数でない場合 (つまり、長さが 4 の倍数でない場合)、チャンクの長さには含まれないゼロで埋められます。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)。  

暗号化は当初のSCTP設計には含まれていませんでしたが、SCTPはセキュリティを向上させるための機能を備えて設計されました。例えば、SYNフラッド攻撃を防ぐための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して）や、関連付けの検証と認証のための大きな「クッキー」などです。

信頼性もSCTPのセキュリティ設計における重要な要素でした。マルチホーミングにより、一部のルートやインターフェースがダウンした場合でも、接続を維持できます。これは、 SCTPを使用してIPネットワーク上でSS7を伝送するSIGTRANにとって特に重要であり、ネットワーク異常が発生した場合でも通信サービスを維持するために、リンク障害時にも高い耐障害性が求められます。

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

以下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以降
• DragonFlyはバージョン1.4以降BSDライセンスですが、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、参照 SCTP 実装が含まれています^{[ 12 ]}
• HP-UX、11i v2以降^{[ 13 ]}
• イルモス
• Linuxカーネル2.4以降
• QNX Neutrino Realtime OS、^{[ 14 ]} 6.3.0～6.3.2、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以降^{[ 16 ]}
• VxWorksバージョン 6.2.x ～ 6.4.x、および 6.7 以降

サードパーティ製ドライバー：

• マイクロソフトWindows：
  • SctpDrvカーネルドライバはBSD SCTPスタックをWindowsに移植したものです（2012年以降開発中止）^{[ 17 ]}
• macOS :
  • Mac OS X 用 SCTP ネットワーク カーネル拡張機能^{[ 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ポート^{[ 21 ]}
• Oracle Java SE 7
• アーラン/OTP

以下のアプリケーションはSCTPを実装しています。

• WebRTC
• ネットフロー

• 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 の正誤表と問題点（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ための高速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部分信頼性ストリーム制御伝送プロトコル拡張のための追加ポリシー 
• RFC 7053ストリーム制御伝送プロトコルのSACK-IMMEDIATELY拡張機能（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）用ソケットAPI拡張機能 
• 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その現在の対策 
• 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）用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）仕様の正誤表および問題点（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における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における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に関する声明 
• RFC 2960ストリーム制御伝送プロトコル（RFC 3309 で更新され、RFC 4960 で廃止） 

• 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）は、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接続が複数のパスを使用することで、リソースの使用効率を最大化し、冗長性を高めることができる。
• Happy Eyeballs – 元々は接続用の 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が、^{[ 24 ]} TCP や SCTP などのさまざまなトランスポート プロトコルから選択するように適応することもできます^{[ 25 ] 。}

• sigtran（アーカイブ済み）
• 「シグナリングトランスポート（sigtran）ワーキンググループ」
• 「交通エリア作業部会（tsvwg）」
• 「OpenSS7プロジェクト」
• Linux向けSCTPワーキンググループ
• 「マイケル・テュクセンのSCTPページ」
• 「ロデ・コーエンのSCTPページ」
• 「トーマス・ドライホルツのSCTPプロジェクトページ」