TCP中报文段大小（MSS）、MTU

写这篇博客是因为直到今天才搞懂什么叫做最大报文段长度。这也让我想起了当初我面试腾讯实习时，面试官问我的TCP相关的问题“TCP报文的长度在TCP三次握手中那一次确定的？”因为当初相关网络的知识刚刚复习，比较生疏。我当时还以为他是想考我TCP报文段中“窗口”字段的意思呢，我当时想了一下，回答了“第三次”。面试官听到我的答案后没有什么表情，现在想想自己当初的回答是多么的low比。面试官给了我很大的面子没有嘲笑我。以后要好好复习。今天在这里总结下TCP最大报文段的相关知识点。

一、MSS的含义

我们知道TCP传输可靠性的保证中有一点是：TCP会将应用层交付下来的数据分为TCP认为最适合发送的数据块。这里的数据块大小就是MSS（maximum segment size最大分段长度）。MSS字段位于TCP首部中的选项字段。

一句话，MSS就是TCP报文段所允许传送的最大数据部分的长度，如果上层交付下来的数据太大，就对其进行数据分块。这个分块过程是在运输层完成的，在接收端的运输层对分块的TCP报文段的数据部分进行重组。

注意：这个MSS指的是TCP报文段中数据部分的最大长度，并不是整个TCP报文段长度。整个TCP报文段长度 = TCP首部长度 + TCP数据部分长度。

二、通信双方如何协商MSS

MSS的值是在TCP三次握手建立连接的过程中，经通信双方协商确定的。我们都知道链路层使用以太网的话，IP层的MTU是1500 byte，这样去掉IP数据报首部（20 byte），在去掉TCP首部（20 byte）后为1460 byte，此时在默认情况下TCP“选项”字段的MSS值为1460 byte = 1500 - 20 - 20。在 Internet 标准中，IP层的MTU是576 byte，那么此时TCP“选项”字段的MSS值为536 byte = 576 - 20 - 20。

以上是默认情况下一个TCP报文段中的MSS值，下面我们详细说明MSS值的确定过程。

MSS值只会出现在SYN报文中（不要问我为什么，我也不知道为什么只出现SYN报文中），即SYN=1时，才会有MSS字段值。当客户端想要以TCP方式从服务器端下载数据时，

（1）首先客户端会发送一个SYN请求报文，这个SYN报文的“选项”字段中会有MSS值（MSS = MUT - IP首部长度 - TCP首部长度）。该MSS值是为了告知对方最大的发送数据大小。

（2）当服务器端收到SYN报文后，会向请求端返回SYN+ACK（同步确认报文）报文，其中的“选项”字段也会有MSS值。

（3）通信双方选择SYN和SYN+ACK报文中最小的MSS最为此次TCP连接的MSS，从而达到通信双发协商MSS的效果。

综上，可以回答开始时的问题。在第二次握手后就可以确定TCP中最大传输报文（MSS）大小。

三、MTU

MTU是最大传输单元，这个根据由具体的网络决定的，如以太网MTU=1500，Internet的MTU=576。

如果IP层所要传输的数据长度>MTU的话，要对这个数据进行分片处理，每个片长度都小于MTU，每个片构成一个IP数据报进行传输。

在服务端的IP层使用IP数据报的首部信息对这些分片的IP数据报进行重组。这样使得IP层的分片对传输层看起来是透明的（传输层不知道IP层进行了分片操作）。

四、MTU分片的一个问题

（1）如果IP层每个分片都正确到达目的端，那自然是很好的。但是如果IP层在发送端对要发送的数据（TCP报文段）进行分片操作，但是在传输过程中某个分片发生了错误，这样会使整个TCP报文段重传。因为IP层不负责可靠性（超时和重传），可靠性有传输层提供。

这也是TCP对数据分段的一个原因，分段后的数据在往下交付后肯定不会超过MTU，这样避免了因为分片而带来的的麻烦。

（2）如果UDP进行数据传输的话，UDP将应用层交付下来的整个数据封装为UDP数据报（没有像TCP分块的操作）。这样IP层的数据很容易超过MTU，造成数据分片。而TCP的数据分块，不会导致IP层的分片。

总的来说UDP不会分段，就由IP来分片。TCP分段，也就不用IP来分片了！

总结：

1、IP分片是由于传输的数据超过了MTU，TCP分块是由于数据超过了MSS。

2、IP分片是在发送端的网络层中进行的，IP重组是在接收端的网络层中，根据IP首部完成的。TCP数据分块是在发送端的传输层进行的，TCP重组是在接收端的传输层完成的。IP层的分片与重组对传输层是透明的。

一般情况下，使用UDP、ICMP发送数据时，在网络层要进行分片。而使用TCP传输的话，TCP的MSS分块避免了分片。