SCTP、GTP-U 和 WebSocket 协议比较

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SCTP、GTP-U 和 WebSocket 协议比较

1. SCTP (Stream Control Transmission Protocol)

传输特点：

多流传输：SCTP 支持多流（multi-streaming），可以在一个连接中传输多个流的数据，避免了传统 TCP 中的队头阻塞问题。
在TCP中，数据以连续流形式发送，单个数据包的任何延迟或丢失都可能阻碍后续数据包的整个流——这种现象称为线路头阻塞。SCTP 通过允许在单一连接或关联内有多条独立的数据流来解决这个问题。每个流可以独立传递消息，因此一个流的延迟不会影响其他流。这在需要同时传输不同类型数据的应用中尤其有利，比如视频、音频和文本。通过利用多流，SCTP 提升了性能并降低了延迟，确保高优先级数据可以处理而无需等待低优先级流清除。这一特性使SCTP非常适合需要高效且灵活的数据处理跨网络的现代应用。
消息有序传输：SCTP 保证传输的消息顺序，支持流中的消息间顺序独立保证。
多宿主支持：SCTP 支持多宿主（multi-homing），即一个连接可以有多个 IP 地址。这意味着如果一个路径失败，协议可以通过其他路径继续传输数据，增加了可靠性和冗余性。它允许单个SCTP关联跨越多个IP地址，有效支持多条网络路径。这一能力在保持不中断连接方面尤为有利，因为它允许协议在路径不可用时无缝切换。例如，如果网络接口故障，SCTP可以通过备用传输路径重新路由数据而不断开连接。这种韧性在需要持续数据流的环境中尤为关键，如金融交易平台或紧急通信系统。此外，多宿主还能促进负载均衡，将流量分散到多条路径，以优化网络性能并防止拥塞。通过利用多重网络接口，SCTP 确保了高可用性和稳健的数据传输，成为需要可靠且有弹性网络通信的应用的首选。
可靠性：类似于 TCP，SCTP 提供了可靠的数据传输，能够进行数据重传、拥塞控制等。SCTP 的核心是通过使用类似 TCP 的确认系统来保证传输的可靠性，每个数据包在收到时都会被确认。与TCP不同，SCTP采用选择性确认，允许它只重传丢失或缺失的数据包块，而非整个数据流。这种效率减少了不必要的数据传输，加快了丢包的恢复速度。SCTP 还支持通过校验和进行错误检测，验证传输数据的完整性。如果数据包的校验和不匹配，SCTP可以请求重传，确保数据完整性。此外，SCTP 采用四向握手建立连接，增强了对 SYN 洪泛攻击等网络威胁的安全性。这些稳健的机制共同使SCTP高度可靠，确保数据在复杂网络条件下也能完整且有序地到达。这种可靠性对于需要准确数据传输的应用至关重要。

优点：

低延迟和高可靠性：提供高可靠性并支持多路径冗余，可以减少由于路径失败导致的中断。
多流和多宿主特性：多流特性解决了传统 TCP 的队头阻塞问题，并且多宿主特性增强了协议的容错能力。
连接级别消息传递：消息传递可以分段，允许每个消息独立地进行确认，提高了数据传输的效率。

劣势：

复杂性较高：SCTP 相比于 TCP，协议栈和实现较为复杂，可能增加开发和维护的成本。
兼容性问题：虽然 SCTP 在一些场景下表现优越，但在现有的网络环境中，许多设备和操作系统对 SCTP 的支持不如 TCP 完善。
网络支持不广泛：SCTP 在一些传统网络设备和操作系统上可能不被完全支持，尤其是较老的设备和一些不常用的中间网络硬件。

参考链接

https://en.wikipedia.org/wiki/Stream_Control_Transmission_Protocol#Message-based_multi-streaming
https://wraycastle.com/blogs/knowledge-base/stream-control-transmission-protocol?srsltid=AfmBOooQEjrKI2KFEfKXpgFN1xFaT5wYFV0wAKfxr34Ml_sryg5V2_Aq
https://www.geeksforgeeks.org/computer-networks/difference-between-sctp-and-tcp/
https://stackoverflow.com/questions/1171555/why-is-sctp-not-much-used-known

SCTP 概述 |Junos OS |瞻博网络

2. GTP-U (GPRS Tunneling Protocol - User Plane)

GPRS隧道协议（GTP）是一组基于IP的通信协议，用于在GSM、UMTS和LTE网络中传输数据包。GTP是一组由三个独立协议组成的：GTP控制协议（GTP-C）、**GTP 用户协议（GTP-U）**和GTP Prime协议。GTP-U 在 GPRS 核心网络内以及无线接入网络与核心网络之间传输用户数据隧道。用户数据以IPv4或IPv6传输。

传输特点：

隧道化传输：GTP-U 是用于在 3G 和 4G 网络中进行用户数据传输的隧道协议。它通过将用户数据封装在 GTP-U 包内来支持数据从一个节点到另一个节点的传输。
层次化结构：GTP-U 提供了基于隧道的分层结构，适用于大型的移动通信网络，特别是在核心网之间的用户数据传输,极大地简化了路由处理。
无连接传输：GTP-U 本身不提供可靠的传输机制，而是依赖底层 IP 协议（通常是 UDP）来进行数据传输。

优点：

支持大规模网络：GTP-U 是 3G/4G 网络核心网的重要协议，支持大规模的数据流传输，特别适用于大规模移动网络中的数据通信。
低延迟：GTP-U 隧道化的方式使得数据可以快速地从一个节点传输到另一个节点，具有较低的延迟。
高效传输：在移动通信网络中，GTP-U 提供了一种高效的方式来传输用户面数据，适用于承载大量的移动数据流。

劣势：

缺乏可靠性保障：GTP-U 本身并不提供可靠性保障，依赖于底层的协议（如 UDP）来进行传输，因此如果网络出现丢包或拥塞，可能会影响数据的可靠性。
较复杂的配置和管理：由于其隧道化的特性，GTP-U 网络的配置和管理可能比较复杂，需要维护大量的隧道和连接。
适用于特定环境：GTP-U 主要应用于移动通信领域，在其他场景下使用时可能不适合。

参考链接

TS 28.532规范，用于流式传输

3. WebSocket (基于流的数据报告协议)

简而言之，WebSocket 是一种实时技术，能够通过持久连接实现网页客户端与网页服务器之间的双向全双工通信。WebSocket连接可以保持有效，直到需要为止（理论上它可以持续很久），允许服务器和客户端随意发送数据，开销最小。

WebSocket 通信始于 HTTP 握手。一旦连接升级，连接就会保持开放，客户端和服务器可以随时独立推送数据。

WebSocket流程逐步说明：

客户端发送HTTP请求。Upgrade
服务器同意并升级为WebSocket协议。
建立起持续连接。
消息现在可以双向发送，开销极低。

传输特点：

全双工通信：WebSocket 是一种基于 TCP 的协议，提供持久的全双工通信，可以在客户端和服务器之间持续开放连接，支持双向数据流。WebSocket 支持双向通信，允许客户端和服务器同时独立发送消息。这对于需要即时互动的在线游戏、协作工具和实时聊天等应用尤为重要。
实时性强：WebSocket 适用于实时应用，能在客户端与服务器之间保持持续连接，数据可以即时传输，减少了传统 HTTP 请求的延迟。实时通信依赖于最小的延迟。WebSocket 提供长寿命连接，确保数据在客户端和服务器之间即时流动，实现快速更新，这对交互应用至关重要。
数据传输流式化：WebSocket 支持流式传输数据，适合用于实时数据报告、实时监控、实时消息推送等场景。WebSocket技术高效传输数据，减少不必要的流量并优化服务器负载。WebSocket技术的带宽消耗降低通过保持连接开放，WebSocket 减少了用于重复握手和报头的带宽，节省数据成本并提升速度。

优点：

低延迟：由于 WebSocket 保持持续连接，减少了每次请求的延迟，适用于需要实时反馈的场景，如实时数据流、在线游戏、股票行情等。
高效的资源利用：在 WebSocket 连接建立后，客户端和服务器之间可以进行持续通信，避免了频繁的建立连接和断开连接，节省了资源。
广泛支持：WebSocket 是基于 HTTP 和 TCP 的，广泛支持 Web 浏览器、服务器和现代操作系统，易于集成到现有的 Web 应用中。

劣势：

不适用于大规模的数据传输：虽然 WebSocket 适合实时数据流传输，但在大规模数据传输方面，其吞吐量和效率可能不如 SCTP 或 GTP-U。
网络可靠性依赖性：WebSocket 基于 TCP，因此它本身具有 TCP 的可靠性，但如果网络状况不佳或连接中断，可能会影响数据的实时传输。
连接限制：WebSocket 连接是持久的，因此客户端和服务器端需要管理大量的并发连接，这对于大规模的应用可能带来一定的负担。

参考链接

https://ably.com/topic/websockets

WebSocket：优缺点与局限性

比较总结

特性/协议	SCTP	GTP-U	WebSocket
传输类型	面向连接的流传输（流式传输，多流）	隧道传输（无连接，基于UDP）	持久全双工通信（基于流的传输，基于TCP）
可靠性	高（提供可靠性和流控制）	依赖底层协议，可靠性较低	高（基于 TCP，又须缴付）
延迟	较低（支持多路径和流传输）	较低（专为移动通信优化）	低（适用于实时通信）
适用场景	高可靠性、高冗余的通信场景	移动通信中的大规模数据传输	实时数据传输、Web 应用、消息推送
复杂性	较高（协议栈复杂）	较高（需要隧道配置和管理）	较低（易于集成）
优点	多流、多宿主，低延迟、高可靠性	适合大规模数据传输、低延迟	低延迟、实时性强、易于集成
劣势	协议栈复杂、兼容性差	可靠性差、适用场景有限	不适合大规模数据传输、连接管理负担
安全性	内置反洪泛，需要TLS	易漏洞（如DoS），需防火墙	TLS强制，但连接持久易耗资源

总结：

SCTP 更适合高可靠性要求、需要多路径传输和多流支持的通信场景，尤其是在需要高容错的网络环境中。
GTP-U 主要用于移动通信网络，适合大规模的数据传输，尤其是在 3G 和 4G 网络中，但在其他应用中可能不适用。
WebSocket 适合实时、低延迟的应用，特别是 Web 应用中的实时数据传输和推送通知，但在高吞吐量的场景中可能不如 SCTP 或 GTP-U 高效。

根据你的具体应用场景，可以选择最适合的协议。
网络中，但在其他应用中可能不适用。