IP和MAC層的記憶體受限，用於傳送封包。因此，它們都會限制訊息的長度。

這項限制要求TCP在提供給IP層之前，將可變長度的位元組打包成多個段。每個段的長度應該是適當的。

以下是一個簡單的圖示，展示了段是如何透過網路發送的。

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客戶端的HTTP層正在向目標伺服器發送18位元組的流。

當位元組16-18尚未到達TCP層時，位元組12-15通過了它。TCP將它們打包成一個段，並附加了一個TCP頭，標記在黃色區域。

接下來，該段被IP層封裝，透過網路發送，然後到達伺服器。

假設TCP段的長度超過了底層支撐的長度。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如何決定長度呢？這取決於最大段大小（MSS）。

理想情況下，我們希望選擇一個最大化資料量、最小化頭部比例並避免在IP層進一步拆分的MSS。

預設情況下，MSS為536位元組。這個數字是從哪裡來的呢？

• IP的預設最大傳輸單元（MTU）為576位元組。超過此大小的任何內容都將被拆分。
• IP頭佔用20位元組。
• TCP頭佔用20位元組。

因此，536 = 576 - 20 - 20。

你可以看出MSS僅表示資料體的大小，不包括頭部。

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MSS是在TCP三次握手期間進行協商的。以下是TCP段頭的格式。MSS位於TCP選項中。

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在SYN訊息中，客戶端建議MSS為1460位元組。這被稱為發送方最大段大小（SMSS）。

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在伺服器的回應中，它建議段的大小不超過1400位元組。由於大小來自伺服器，因此被稱為接收方最大段大小（RMSS）。

TCP 重傳

為了確保傳輸的可靠性，TCP需要完成兩個功能：

• 當接收到訊息時，接收方向發送方發送確認（ACK）。
• 當訊息遺失時，發送方重新傳輸訊息。

讓我們從一個簡單的模型開始。

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1.首先，發送方在發送訊息後維護一個計時器。2.在時間過期之前收到第一個ACK。然後，計時器被重置以等待第二個訊息，然後重複此過程。3.第二個計時器過期，沒有收到ACK。重傳開始。

這個簡單的設計是直接的，但效率較低，因為每個訊息都需要等待前一個ACK返回。

讓我們改進一下。

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透過為每個訊息分配一個ID，我們可以迅速發送多個訊息。相同的ID與對應的計時器和ACK訊息相連結。

如果一則訊息遺失，例如#3，發送方將重新傳輸它。

在TCP中，「訊息ID」是什麼？它是序號。

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這裡是一個訊息的範例：

• 此TCP段的長度為647位元組。
• 在此訊息之前，發送方已經發送了1461位元組。
• 發送方將從2108開始發送更多位元組。

序號最多可以達到2³²。然後它會重新開始。

這帶來了一個問題。

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想像一下，我們只有4個序號，每次發送1位元組。

• 在過程中，第2個位元組（標記為#2）遺失。根據設計，#2將在以後的時間重新傳輸。
• 我們繼續發送更多字節，直到序號從#1開始。此時，重新傳輸的#2被發送。
• 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記。

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時間戳可以消除具有相同序號的段之間的歧義。

讓我們將時間戳附加到每個段落。

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

為了允許快速重傳，我們需要為發送方和接收方設定一些規則。

• 規則1：作為接收方，它應始終發送它期望接收的序號。例如，當接收方接收到段1時，它將回應ACK2，表示它期望在即將到來的訊息中接收段2。
• 規則2：作為發送方，它應忽略計時器並在接收到3個重複的亂序ACK後立即開始重新傳輸遺失的段。

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上圖顯示了快速重傳的範例：

• 在第一個2個段的傳輸之後，段3遺失。
• 接收到段4時，接收方會依照規則發送ACK3，而不是ACK4。這是第一個重複的亂序ACK。
• 再次，在接收到段5時，伺服器仍然期望重新傳輸段3。因此，第二個重複的ACK3被發送。
• 然後，第三個重複的ACK3被發送。
• 在這一刻，發送方進入快速重傳並重新傳輸段3。6.在接收到丟失的段後，接收方的ACK按順序返回，並期望在即將到來的消息中接收段7。
• 但是存在一個問題- 發送方不知道段5和段6是否安全到達，直到快速重傳完成。如果兩個段都遺失，那麼後續的重傳將需要更長的時間。

接收方可以透過選擇性確認（SACK）功能與發送方共享訊息，以便促進重送過程。

TCP選用確認

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SACK位於TCP選項中。

在SACK中，我們可以指定已經接收到的資料的範圍，超過確認號碼。

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這是SACK的範例，表示已接收的資料範圍從2872到3393。

有了它，發送方知道不需要重新傳輸這些邊界之間的任何位元組。

此外，發送方還可以找出其他遺失的段並儘快進行重傳。

總結

• 最大段大小（MSS）定義了TCP段的長度。
• 計時器幫助TCP重新傳輸遺失的段。
• 在收到3個重複的ACK後，快速重傳在計時器到期前開始。
• 選擇性確認（SACK）提供有關已接收的亂序位元組的信息，以促進快速重傳過程。