IP和MAC層的內(nèi)存受限，用于發(fā)送數(shù)據(jù)包。因此，它們都會限制消息的長度。

這一限制要求TCP在提供給IP層之前，將可變長度的字節(jié)打包成多個段。每個段的長度應該是合適的。

下面是一個簡單的圖示，展示了段是如何通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送的。

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客戶端的HTTP層正在向目標服務器發(fā)送一個18字節(jié)的流。

當字節(jié)16-18尚未到達TCP層時，字節(jié)12-15通過了它。TCP將它們打包成一個段，并附加了一個TCP頭，標記在黃色區(qū)域。

接下來，該段被IP層封裝，通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送，然后到達服務器。

假設TCP段的長度超過了底層支持的長度。在這種情況下，IP層將負責將大段拆分成多個片段。這是一個昂貴的過程，因此我們希望避免這種情況。

但是TCP如何確定長度呢？這取決于最大段大小（MSS）。

理想情況下，我們希望選擇一個最大化數(shù)據(jù)量、最小化頭部比例并避免在IP層進一步拆分的MSS。

默認情況下，MSS為536字節(jié)。這個數(shù)字是從哪里來的呢？

• IP的默認最大傳輸單元（MTU）為576字節(jié)。超過此大小的任何內(nèi)容都將被拆分。
• IP頭占用20字節(jié)。
• TCP頭占用20字節(jié)。

因此，536 = 576 - 20 - 20。

你可以看出MSS僅表示數(shù)據(jù)體的大小，不包括頭部。

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MSS是在TCP三次握手期間進行協(xié)商的。以下是TCP段頭的格式。MSS位于TCP選項中。

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在SYN消息中，客戶端建議MSS為1460字節(jié)。這被稱為發(fā)送方最大段大小（SMSS）。

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在服務器的響應中，它建議段的大小不超過1400字節(jié)。由于大小來自服務器，因此被稱為接收方最大段大小（RMSS）。

TCP 重傳

為了確保傳輸?shù)目煽啃裕琓CP需要完成兩個功能：

• 當接收到消息時，接收方向發(fā)送方發(fā)送確認（ACK）。
• 當消息丟失時，發(fā)送方重新傳輸消息。

讓我們從一個簡單的模型開始。

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1.首先，發(fā)送方在發(fā)送消息后維護一個計時器。2.在時間過期之前收到第一個ACK。然后，計時器被重置以等待第二條消息，然后重復此過程。3.第二個計時器過期，沒有收到ACK。重傳開始。

這種簡單的設計是直接的，但效率較低，因為每個消息都需要等待前一個ACK返回。

讓我們改進一下。

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通過為每條消息分配一個ID，我們可以迅速發(fā)送多條消息。相同的ID與相應的計時器和ACK消息相鏈接。

如果一條消息丟失，例如#3，發(fā)送方將重新傳輸它。

在TCP中，“消息ID”是什么？它是序列號。

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這里是一個消息的示例：

• 此TCP段的長度為647字節(jié)。
• 在此消息之前，發(fā)送方已經(jīng)發(fā)送了1461字節(jié)。
• 發(fā)送方將從2108開始發(fā)送更多字節(jié)。

序列號最多可以達到232。然后它會重新開始。

這帶來了一個問題。

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想象一下，我們只有4個序列號，每次發(fā)送1字節(jié)。

• 在過程中，第2個字節(jié)（標記為#2）丟失。根據(jù)設計，#2將在以后的時間重新傳輸。
• 我們繼續(xù)發(fā)送更多字節(jié)，直到序列號從#1開始。此時，重新傳輸?shù)?2被發(fā)送。
• 接收方不知道這是舊的#2還是新的#2。這可能會搞亂事情。

為了解決這個問題，TCP選項中引入了時間戳。

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時間戳可以消除具有相同序列號的段之間的歧義。

讓我們將時間戳附加到每個段上。

接收方讀取時間戳B并將其與先前的時間戳E進行比較，以確認這是一次重傳。否則，時間戳應該大于E。

TCP快速重傳

TCP具有快速重傳功能 - 在計時器到期之前重新傳輸丟失的段。

為了允許快速重傳，我們需要為發(fā)送方和接收方設置一些規(guī)則。

• 規(guī)則1：作為接收方，它應始終發(fā)送它期望接收的序列號。例如，當接收方接收到段1時，它將響應ACK2，表示它期望在即將到來的消息中接收段2。
• 規(guī)則2：作為發(fā)送方，它應忽略計時器并在接收到3個重復的亂序ACK后立即開始重新傳輸丟失的段。

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上圖顯示了快速重傳的示例：

• 在第一個2個段的傳輸之后，段3丟失。
• 在接收到段4時，接收方根據(jù)規(guī)則發(fā)送ACK3，而不是ACK4。這是第一個重復的亂序ACK。
• 再次，在接收到段5時，服務器仍然期望重新傳輸段3。因此，第二個重復的ACK3被發(fā)送。
• 然后，第三個重復的ACK3被發(fā)送。
• 在這一刻，發(fā)送方進入快速重傳并重新傳輸段3。6.在接收到丟失的段后，接收方的ACK按順序返回，并期望在即將到來的消息中接收段7。
• 但是存在一個問題 - 發(fā)送方不知道段5和段6是否安全到達，直到快速重傳完成。如果兩個段都丟失，那么后續(xù)的重傳將需要更長的時間。

接收方可以通過選擇性確認（SACK）功能與發(fā)送方共享信息，以便促進重傳過程。

TCP選擇性確認

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SACK位于TCP選項中。

在SACK中，我們可以指定已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)的范圍，超過確認號。

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這是SACK的示例，表示已接收的數(shù)據(jù)范圍從2872到3393。

有了它，發(fā)送方知道不需要重新傳輸這些邊界之間的任何字節(jié)。

此外，發(fā)送方還可以找出其他丟失的段并盡快進行重傳。

總結(jié)

• 最大段大小（MSS）定義了TCP段的長度。
• 計時器幫助TCP重新傳輸丟失的段。
• 在收到3個重復的ACK后，快速重傳在計時器到期之前開始。
• 選擇性確認（SACK）提供有關(guān)已接收的亂序字節(jié)的信息，以促進快速重傳過程。