关于几个网络概念

关于TCPIP网络数据时怎么传输的，TCP协议时如果保证数据顺序、可靠地被传输到对端，对于大量数据的传输传输层和网络层都做了些什么？

 

首先澄清几个概念：

1.MTU

 

最大传输单元（Maximum Transmission Unit，MTU）是指一种通信协议在某一层上面所能通过的最大数据报大小（以字节为单位），它通常与链路层协议有密切的关系。EthernetII帧结构如下：

 

DMAC

SMAC

Type

Data

CRC

 

由于以太网传输电气方面的限制，每个以太网帧都有最小的大小64bytes，最大不能超过1518bytes，对于小于或者大于这个限制的以太网帧，我们都可以视之为错误的数据帧。一般的以太网转发设备会丢弃这些数据帧。（注：小于64Bytes的数据帧一般是由于以太网冲突产生的“碎片”或者线路干扰或者坏的以太网接口产生的，对于大于1518Bytes的数据帧我们一般把它叫做Giant帧，这种一般是由于线路干扰或者坏的以太网口产生）。

由于以太网EthernetII最大的数据帧是1518Bytes，除去以太网帧的帧头（DMAC目的MAC地址 48bit=6Bytes+SMAC源MAC地址48bit=6Bytes+Type域2bytes）14Bytes和帧尾CRC校验部分4Bytes （这个部份有时候大家也把它叫做FCS），那么剩下承载上层协议的地方也就是Data域最大就只能有1500Bytes，这个值我们就把它称之为MTU。

这个MTU就是网络层协议非常关心的地方，因为网络层协议比如IP协议会根据这个值来决定是否把上层传下来的数据进行分片。就好比一个盒子没法装下一大块面包，我们需要把面包切成片，装在多个盒子里面一样的道理。当两台远程PC互联的时候，它们的数据需要穿过很多的路由器和各种各样的网络媒介才能到达对端，网络中不同媒介的MTU各不相同，就好比一长段的水管，由不同粗细的水管组成（MTU不同）通过这段水管最大水量就要由中间最细的水管决定。

 

 

2.MSS

 

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。

 

3.两者区别和联系

 

对于TCP而言MSS才是其应用的主要数据长度限制，而对于UDP而言MTU才是数据包限制的原因。这也是为什么TCP数据传输的效率要低于UDP的原因。

 

4.TCP如何保证数据顺序、可靠的传输？

 

TCP 通过以下方式提供可靠性：

·◆应用程序分割为TCP认为最合适发送的数据块。由TCP传递给IP的信息单位叫做报文段。

 

·◆当TCP发出一个报文段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能记时收到一个确认，它　就重发这个报文段。

 

·◆当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常延迟几分之一秒。

 

·◆TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化如果收到报文段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到这个报文段。

 

·◆既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能失序，因此TCP报文段的到达也可能失序。如果必要，TCP将对收到的数据进行排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。

 

·◆既然IP数据报会发生重复，TCP连接端必须丢弃重复的数据。

 

·◆ TCP还能提供流量控制，TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。

 

　　另外，TCP对字节流的内容不作任何解释。典型的tcp协议要求每一个数据段发送之后都要有一个ack回复，然后才能发送下一个数据段，虽然这样能保证数据的可靠传输，但是效率呢？由于tcp是全双工通信，在等待一个数据段的ack恢复之前网络将会闲置，因此效率将会受到极大影响，因此协议提出了滑动窗口子协议，专门负责数据的传输，滑动窗口子协议分为简单的停-等协议，后退N协议，以及选择重传协议三个子子协议，其实三个子子协议可以由一个例程表示，只是一个例程的三个不同情况，比如发送和接收窗口都为1时就是简单的停等协议。三个子子协议都很复杂，只有靠这种复杂的机制才换取了网络链路的高效利用。