IP和MAC层的内存受限，用于发送数据包。因此，它们都会限制消息的长度。
这一限制要求TCP在提供给IP层之前，将可变长度的字节打包成多个段。每个段的长度应该是合适的。
下面是一个简单的图示，展示了段是如何通过互联网发送的。
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客户端的HTTP层正在向目标服务器发送一个18字节的流。
当字节16-18尚未到达TCP层时，字节12-15通过了它。TCP将它们打包成一个段，并附加了一个TCP头，标记在黄色区域。
接下来，该段被IP层封装，通过互联网发送，然后到达服务器。
假设TCP段的长度超过了底层支持的长度。在这种情况下，IP层将负责将大段拆分成多个片段。这是一个昂贵的过程，因此我们希望避免这种情况。
但是TCP如何确定长度呢？这取决于最大段大小（MSS）。
理想情况下，我们希望选择一个最大化数据量、最小化头部比例并避免在IP层进一步拆分的MSS。
默认情况下，MSS为536字节。这个数字是从哪里来的呢？
- IP的默认最大传输单元（MTU）为576字节。超过此大小的任何内容都将被拆分。
- IP头占用20字节。
- TCP头占用20字节。
因此，536 = 576 - 20 - 20。
你可以看出MSS仅表示数据体的大小，不包括头部。
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MSS是在TCP三次握手期间进行协商的。以下是TCP段头的格式。MSS位于TCP选项中。
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在SYN消息中，客户端建议MSS为1460字节。这被称为发送方最大段大小（SMSS）。
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在服务器的响应中，它建议段的大小不超过1400字节。由于大小来自服务器，因此被称为接收方最大段大小（RMSS）。
TCP 重传
为了确保传输的可靠性，TCP需要完成两个功能：
- 当接收到消息时，接收方向发送方发送确认（ACK）。
- 当消息丢失时，发送方重新传输消息。
让我们从一个简单的模型开始。
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1.首先，发送方在发送消息后维护一个计时器。2.在时间过期之前收到第一个ACK。然后，计时器被重置以等待第二条消息，然后重复此过程。3.第二个计时器过期，没有收到ACK。重传开始。
这种简单的设计是直接的，但效率较低，因为每个消息都需要等待前一个ACK返回。
让我们改进一下。
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通过为每条消息分配一个ID，我们可以迅速发送多条消息。相同的ID与相应的计时器和ACK消息相链接。
如果一条消息丢失，例如#3，发送方将重新传输它。
在TCP中，“消息ID”是什么？它是序列号。
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这里是一个消息的示例：
- 此TCP段的长度为647字节。
- 在此消息之前，发送方已经发送了1461字节。
- 发送方将从2108开始发送更多字节。
序列号最多可以达到2³²。然后它会重新开始。
这带来了一个问题。
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想象一下，我们只有4个序列号，每次发送1字节。
- 在过程中，第2个字节（标记为#2）丢失。根据设计，#2将在以后的时间重新传输。
- 我们继续发送更多字节，直到序列号从#1开始。此时，重新传输的#2被发送。
- 接收方不知道这是旧的#2还是新的#2。这可能会搞乱事情。
为了解决这个问题，TCP选项中引入了时间戳。
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时间戳可以消除具有相同序列号的段之间的歧义。
让我们将时间戳附加到每个段上。
接收方读取时间戳B并将其与先前的时间戳E进行比较，以确认这是一次重传。否则，时间戳应该大于E。
TCP快速重传
TCP具有快速重传功能 - 在计时器到期之前重新传输丢失的段。
为了允许快速重传，我们需要为发送方和接收方设置一些规则。
- 规则1：作为接收方，它应始终发送它期望接收的序列号。例如，当接收方接收到段1时，它将响应ACK2，表示它期望在即将到来的消息中接收段2。
- 规则2：作为发送方，它应忽略计时器并在接收到3个重复的乱序ACK后立即开始重新传输丢失的段。
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上图显示了快速重传的示例：
- 在第一个2个段的传输之后，段3丢失。
- 在接收到段4时，接收方根据规则发送ACK3，而不是ACK4。这是第一个重复的乱序ACK。
- 再次，在接收到段5时，服务器仍然期望重新传输段3。因此，第二个重复的ACK3被发送。
- 然后，第三个重复的ACK3被发送。
- 在这一刻，发送方进入快速重传并重新传输段3。6.在接收到丢失的段后，接收方的ACK按顺序返回，并期望在即将到来的消息中接收段7。
- 但是存在一个问题 - 发送方不知道段5和段6是否安全到达，直到快速重传完成。如果两个段都丢失，那么后续的重传将需要更长的时间。
接收方可以通过选择性确认（SACK）功能与发送方共享信息，以便促进重传过程。
TCP选择性确认
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SACK位于TCP选项中。
在SACK中，我们可以指定已经接收到的数据的范围，超过确认号。
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这是SACK的示例，表示已接收的数据范围从2872到3393。
有了它，发送方知道不需要重新传输这些边界之间的任何字节。
此外，发送方还可以找出其他丢失的段并尽快进行重传。
总结
- 最大段大小（MSS）定义了TCP段的长度。
- 计时器帮助TCP重新传输丢失的段。
- 在收到3个重复的ACK后，快速重传在计时器到期之前开始。
- 选择性确认（SACK）提供有关已接收的乱序字节的信息，以促进快速重传过程。
