笔记：关于TCP分段和IP分片的原因总结

一、前言：关于电路交换和分组交换

数据通信有电路交换和分组交换两种。
电路交换：是指在通信双方之间建立一条物理链路，该链路只能被通信双方使用。

电路交换优点：
1）数据到达有序，且链路之间的数据互不干扰。
电路交换缺点：
1）双方未进行通信时仍然占用着链路资源，如：说话停顿期间。
2）双方流量达不到链路负载时仍然占用整个链路的资源，如：链路可以承载100mb/s，实际通信需求为10mb/s，该链路有90mb/s的空闲或者说是浪费。

分组交换：将数据分成一个一个分组，每个分组独立发送，到达顺序也是随机的。

1）分组交换优点：解决了上述电路交换的缺点。
2）分组交换缺点：每个分组需要带上额外的起始地址和目的地址信息，相当于降低了一定的信道利用率，且数据到达无序。

二、以太网采用的是分组交换

最为流行的以太网也是分组交换。且以太网位于网络层以下，及：七层模型中的数据链路层 或 四层协议中的网络接入层。
既然是分组交换，自然需要对分组做一定的约束。以太网单个分组的最大有效载荷为1500（即：最大传输单元MTU），为什么是1500？可以看成是硬性规定或者说是通过介质的物理特性计算而得。

三、IP分片存在的原因

既然位于数据链路层的以太网分组存在MTU限制，那么位于其上层的网络层每次发数据时，就得考虑数据大小了，若超过1500，就需要分成多个分组让以太网进行发送，这就是IP分片的原因。

四、TCP分段的原因

既然IP已经有了分片逻辑，可以解决大数据发送的问题，那么TCP为什么要分段呢？其实有两个原因：
1）我们知道IP协议是以包的形式发送的，IP包头中用于标识长度的字段只占2字节，所以单个IP包能承载的数据有限，而TCP是以流的形式发送，没有大小限制，故：TCP不得不进行分段。
2）TCP要分段，那么怎么分段比较合适？

由于TCP是可靠的传输协议， 但IP协议又是不可靠的，那么TCP必须负责丢包后的重传机制。
如果TCP塞给IP层的数据比较大，由于以太网MTU的限制，此时会触发IP层的分片逻辑。由于 每个分片都是独立发送的，一旦单个分片丢失会导致整个IP包的无效，进而导致TCP重传整个包，而不是重传丢失的单个分片。
故：为了尽可能的提高重传效率，TCP不得不考虑以太网的MTU(且是整个链路上的MTU中的最小值，称为路径MTU)，尽量避免触发IP层分片，进而提高重传效率，这也是最大段大小（MSS）存在的原因。