TCP/IP中的Payload概念以及由此引申出的一些问题

TCP报文一次性最大运输的货物量(Payload),大体可以这么来计算:

  IP报文头长度  +  TCP报文头长度  +  Payload长度  ≤ MTU

 

即左边的三者之和,要小于等于右边MTU的长度,其中:

Internet 路由器接口标准MTU = 1500

IP报文头长度 = 20

TCP报文头长度 = 20

 

所以

Payload长度≤ MTU – IP报文头长度 – TCP报文头长度

                    ≤ 1500 -20 -20

                    ≤ 1460

 

TCP为了提高传输效率,通常会使用最大上限1460字节来传输应用层数据,如http,除非http待传输数据小于1460

  

但是TCP没有那么简单,所以还需要考虑得更多一点。

 

TCP报文通常有3部分组成:IP Header + TCP Header + Payload

 

但是,当前主流操作系统的TCP/IP协议栈,为了提高传输性能,通常还会使用 TCP Option选项。

 

一个例子

客户端在TCP握手连接,告诉服务器自己支持以下三个option:

(1)   Maximum Segment Size

(2)   SACK Permitted

(3)   Timestamp

 

服务器接收到该报文,却有不同的意见,服务器只支持这三者中的Maximum Segment Size

Option,翻译成中文是选项。所谓选项,不是强制标准,对方如果不支持或不理解,完全可以忽略。

 

在这里服务器并没有打算支持选项2 ,3, 所以双方共同支持双方的交集,即选项1

 

Maximum Segment Size

MSS的存在是为了通信双方交换各自TCP Payload最大传输长度,这个长度上限一般为1460,即上文计算的方法。

 

如果双方的MSS不一样,将选择较小的MSS值,作为接下来通信Payload的长度上限。

 

假如服务器支持选项2,“Timestamp”,那么TCP报文将会包含4部分:

 

IP Header + TCP Header + TCP Option +Payload

 

 

这里的TCP Option为“Timestamp”,长度为 10字节,看看 Payload最大可以传输多少字节?

 

IP Header + TCP Header + TCP Option +Payload ≤ 1500

 

IP Header + TCP Header + Timestamp +Payload ≤ 1500

 

Payload ≤ 1500 - IP Header -TCP Header – Timestamp

              ≤ 1500 -20 -20 -10

              ≤ 1450

 

简而言之,没有携带option的TCP报文,最大可以支持1460字节的Payload长度。

一旦携带option,由于option需要占用空间,留给payload的空间将会相应减少,具体减少的空间等于option占用的空间。

 

Payload长度和Window Size有关系吗?

有一点点关系。

 

如果把Payload 1460看成一个标准的集装箱,Window Size可以看作双方的仓库大小,用于临时堆放对方运过来的集装箱,在集装箱被客户运走之前,一直会呆在TCP仓库里。

 

为了更高效地利用仓库,最理想的方法就是,仓库的大小是集装箱的整数倍,这样就不会产生零星的空间。

 

零星的空间一直无法使用,因为不够容纳一个标准集装箱,势必会造成仓库空间的浪费。

空间浪费只是直接后果,还有一个间接后果,更加严重。

 

假设接收方的仓库空间还有200字节,于是通过window size update消息告诉发送方。

 

发送方心急火燎发200字节,那么一个标准1460报文,将会分成8个小报文发送,这样的传输效率会非常低下。

 

为了避免这种低效传输场景,TCP协议有了新的严格规定:

 

如果 window size < MSS不允许更新自己的window

上文用通俗语言表达为,一旦接收方的仓库空间小于一个标准集装箱,window size update = 0即善意欺骗对方,仓库已经用完,不允许再发货物过来。

 

以上是从接收方入手,万一接收方没有遵守规定,那就让发送方严格执行另外一个规定。

 

发送方一旦发现对方的window size < MSS,理解为对方的仓库已经占满(剩余空间不足以容纳一个标准集装箱),不会发送任何集装箱。

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