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。

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。

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。

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）。

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：

1.当接收到消息时，接收方向发送方发送确认（ACK）。2.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。

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。

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。

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。

想象一下，我们只有4个序列号，每次发送1字节。

1.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。2.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。3.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。

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。

上图显示了快速重传的示例。

1.在第一个2个段的传输之后，段3丢失。2.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。3.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。4.然后，第三个重复的ACK3被发送。5.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

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。

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。