《TCP分段、IP分片》tcp、udp报文边界

一、TCP分段、IP分片
1.IP分片产生的原因是网络层的MTU；TCP分段产生原因是MSS.
2.IP分片由网络层完成，也在网络层进行重组；TCP分段是在传输层完成，并在传输层进行重组.   //透明性
3.对于以太网，MSS为1460字节，而MUT往往会大于MSS.
故采用TCP协议进行数据传输，是不会造成IP分片的。若数据过大，只会在传输层进行数据分段，到了IP层就不用分片。而我们常提到的IP分片是由于UDP传输协议造成的，因为UDP传输协议并未限定传输数据报的大小。

二、IP分片和TCP分段的区别 
1，MTU（Maximum Transmission Unit，MTU），最大传输单元 
 （1）以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1500和1492个字节。链路层的这个特性称作MTU。不同类型的网络大多数都有一个上限。如果IP层有一个数据要传，且数据的长度比链路层的MTU还大，那么IP层就要进行分片（fragmentation），把数据报分成若干片，这样每一个分片都小于MTU。 
（2）把一份IP数据报进行分片以后，由到达目的端的IP层来进行重新组装，其目的是使分片和重新组装过程对运输层（TCP/UDP）是透明的。由于每一分片都是一个独立的包，当这些数据报的片到达目的端时有可能会失序，但是在IP首部中有足够的信息让接收端能正确组装这些数据报片。 
 （3）尽管IP分片过程看起来透明的，但有一点让人不想使用它：即使只丢失一片数据也要重新传整个数据报。why？因为IP层本身没有超时重传机制------由更高层（比如TCP）来负责超时和重传。当来自TCP报文段的某一片丢失后，TCP在超时后会重发整个TCP报文段，该报文段对应于一份IP数据报（而不是一个分片），没有办法只重传数据报中的一个数据分片。 
 （4）使用UDP很容易导致IP分片，TCP试图避免IP分片。那么TCP是如何试图避免IP分片的呢？其实说白了，采用TCP协议进行数据传输是不会造成IP分片的，因为一旦TCP数据过大，超过了MSS，则在传输层会对TCP包进行分段（如何分，见下文！），自然到了IP层的数据报肯定不会超过MTU，当然也就不用分片了。而对于UDP数据报，如果UDP组成的IP数据报长度超过了1500，那么IP数据报显然就要进行分片，因为UDP不能像TCP一样自己进行分段。总结：UDP不会分段，就由我IP来分。TCP会分段，当然也就不用我IP来分了！ 

2，MSS（Maxitum Segment Size）最大分段大小的缩写，是TCP协议里面的一个概念  
（1）MSS就是TCP数据包每次能够传输的最大数据分段。为了达到最佳的传输效能TCP协议在建立连接的时候通常要协商双方的MSS值，这个值TCP协议在实现的时候往往用MTU值代替（需要减去IP数据包包头的大小20Bytes和TCP数据段的包头20Bytes）所以往往MSS为1460。通讯双方会根据双方提供的MSS值得最小值确定为这次连接的最大MSS值。 
（2）相信看到这里，还有最后一个问题：TCP是如何实现分段的呢？其实TCP无所谓分段，因为每个TCP数据报在组成前其大小就已经被MSS限制了，所以TCP数据报的长度是不可能大于MSS的，当然由它形成的IP包的长度也就不会大于MTU，自然也就不用IP分片了

三、滑动窗口
1、滑动窗口（Slidingwindow）是一种流量控制技术。早期的网络通信中，通信双方不会考虑网络的拥挤情况直接发送数据。由于大家不知道网络拥塞状况，同时发送数据，导致中间节点阻塞掉包，谁也发不了数据，所以就有了滑动窗口机制来解决此问题
2、TCP中采用滑动窗口来进行传输控制，滑动窗口的大小意味着接收方还有多大的缓冲区可以用于接收数据。发送方可以通过滑动窗口的大小来确定应该发送多少字节的数据。当滑动窗口为0时，发送方一般不能再发送数据报，但有两种情况除外

四、面向报文（UDP）和面向字节流（TCP）的区别

1、面向报文的传输方式是应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。因此，应用程序必须选择合适大小的报文。若报文太长，则IP层需要分片，降低效率。若太短，会是IP太小。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。这也就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。

2、面向字节流的话，虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），但TCP把应用程序看成是一连串的无结构的字节流。TCP有一个缓冲，当应用程序传送的数据块太长，TCP就可以把它划分短一些再传送。如果应用程序一次只发送一个字节，TCP也可以等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去。

下图是TCP和UDP协议的一些应用。

下图是TCP和UDP协议的比较。

这里再详细说一下面向连接和面向无连接的区别：

 

• 面向连接举例：两个人之间通过电话进行通信;
• 面向无连接举例：邮政服务，用户把信函放在邮件中期待邮政处理流程来传递邮政包裹。显然，不可达代表不可靠。

从程序实现的角度来看，可以用下图来进行描述。

 

从上图也能清晰的看出，TCP通信需要服务器端侦听listen、接收客户端连接请求accept，等待客户端connect建立连接后才能进行数据包的收发（recv/send）工作。而UDP则服务器和客户端的概念不明显，服务器端即接收端需要绑定端口，等待客户端的数据的到来。后续便可以进行数据的收发（recvfrom/sendto）工作。

在前面讲解UDP时，提到了UDP保留了报文的边界，下面我们来谈谈TCP和UDP中报文的边界问题。在默认的阻塞模式下，TCP无边界，UDP有边界。

• 对于TCP协议，客户端连续发送数据，只要服务端的这个函数的缓冲区足够大，会一次性接收过来，即客户端是分好几次发过来，是有边界的，而服务端却一次性接收过来，所以证明是无边界的；
•  而对于UDP协议，客户端连续发送数据，即使服务端的这个函数的缓冲区足够大，也只会一次一次的接收，发送多少次接收多少次，即客户端分几次发送过来，服务端就必须按几次接收，从而证明，这种UDP的通讯模式是有边界的。

TCP无边界，造成对采用TCP协议发送的数据进行接收比较麻烦，在接收的时候易出现粘包，即发送方发送的若干包数据到接收方接收时粘成一包。由于TCP是流协议，对于一个socket的包，如发送 10AAAAABBBBB两次，由于网络原因第一次又分成两次发送， 10AAAAAB和BBBB，如果接包的时候先读取10(包长度)再读入后续数据，当接收得快，发送的慢时，就会出现先接收了 10AAAAAB,会解释错误 ,再接到BBBB10AAAAABBBBB，也解释错误的情况。这就是TCP的粘包。

在网络传输应用中，通常需要在网络协议之上再自定义一个协议封装一下，简单做法就是在要发送的数据前面再加一个自定义的包头，包头中可以包含数据长度和其它一些信息，接收的时候先收包头，再根据包头中描述的数据长度来接收后面的数据。详细做法是：先接收包头，在包头里指定包体长度来接收。设置包头包尾的检查位（ 比如以0xAA开头，0xCC结束来检查一个包是否完整）。对于TCP来说：

• 1）不存在丢包，错包，所以不会出现数据出错 ；
• 2）如果包头检测错误，即为非法或者请求，直接重置即可。