一、数据传输与 MSS 分段：TCP 如何 "高效切分" 数据
TCP 的数据传输不是直接发送应用层的原始数据，而是通过MSS（最大分段大小） 切分为合适的报文段 ------ 这是避免网络层低效分片、提升传输可靠性的关键。
1. 先搞懂：MSS 是什么？和 MTU 的关系？
- MTU（最大传输单元） ：链路层（如以太网）的最大帧长度（默认 1500 字节），超过 MTU 的 IP 数据报会被IP 层分片（中间网络设备处理，效率低）。
- MSS（最大分段大小） ：TCP 报文段中数据部分的最大长度 ，公式为：
MSS = MTU - IP首部长度（默认20字节） - TCP首部长度（默认20字节）以太网下默认 MSS=1500-20-20=1460 字节。
2. 为什么需要 MSS 分段？
IP 层分片的缺点是：
- 分片由路由器等中间设备处理，消耗网络资源；
- 只要有一个分片丢失，整个 IP 数据报都要重传。
而TCP 的 MSS 分段是 "端系统主动切分"：
- 发送方在三次握手时，通过
MSS选项协商双方支持的最大分段大小； - 发送方将应用数据切分为≤MSS 的 TCP 报文段，确保每个 TCP 报文段对应的 IP 数据报不超过 MTU，避免 IP 层分片。
3. MSS 分段示例
假设应用层发送 2000 字节数据，双方协商的 MSS=1460：
- 发送方将 2000 字节切分为2 个 TCP 报文段 ：
- 第 1 段：数据 1460 字节 → 对应 IP 数据报大小 = 1460+20+20=1500 字节（刚好等于 MTU）；
- 第 2 段：数据 540 字节 → 对应 IP 数据报大小 = 540+20+20=600 字节。
- 接收方收到后，按 TCP 序号重组为 2000 字节的完整数据，无 IP 分片开销。
二、重传与确认：TCP 如何保证 "数据不丢"
TCP 的可靠传输依赖确认机制 （接收方告诉发送方 "收到了什么"）和重传机制（发送方补发丢失的数据），核心是 "确保每一个字节都被接收"。
1. 确认机制：累计确认与 SACK
（1）累计确认（默认）
- 原理：接收方回复的确认号是 "期望收到的下一个字节的编号"，代表 "我已收到所有≤确认号 - 1 的字节"。
- 示例：发送方发送字节 1-1000（报文段 A）、1001-2000（报文段 B）；接收方收到 A 和 B 后，回复确认号 2001 → 表示 "1-2000 字节都收到了"。
- 缺点：若中间报文段丢失（如收到 A、没收到 B、收到 C），接收方只能回复确认号 1001，发送方会重传 B 及之后的所有报文段（"冗余重传"）。
（2）选择性确认（SACK，扩展选项）
- 原理：接收方通过
SACK选项，明确告诉发送方 "哪些字节段已收到"，避免冗余重传。 - 示例：发送方发送 A（1-1000）、B（1001-2000）、C（2001-3000）；接收方收到 A、C，没收到 B → 回复确认号 1001 + SACK 信息 "1-1000、2001-3000 已收到"；发送方仅重传 B（1001-2000），无需重传 C。
2. 重传机制：超时重传与快速重传
（1）超时重传
- 原理：发送方发送每个报文段后，启动RTO 定时器（超时时间）；若定时器到期前未收到对应 ACK，重传该报文段。
- 缺点：RTO 需适配网络延迟，若 RTO 过短会导致 "不必要的重传"，过长则会延迟恢复丢包。
（2）快速重传（更高效）
- 原理：若发送方收到3 个重复的 ACK（确认号相同），说明 "中间有报文段丢失"，无需等 RTO 超时，直接重传丢失的报文段。
- 示例：发送方发 A（1-1000）、B（1001-2000）、C（2001-3000）；接收方收到 A、C、D → 每次收到后都回复确认号 1001（期望 B）；发送方收到 3 个确认号 1001 的 ACK → 立即重传 B。
三、RTO 重传定时器的计算：如何动态适配网络延迟
RTO（Retransmission Timeout）是超时重传的时间阈值 ------ 不能固定 RTO（网络延迟会动态变化），需基于RTT（往返时间） 动态计算。
1. 核心概念：RTT 相关指标
- SampleRTT：单次测量的往返时间（发送报文段到收到对应 ACK 的时间）；
- SRTT（平滑 RTT）：SampleRTT 的加权平均值，消除单次测量的波动；
- RTTVAR（RTT 偏差）：SampleRTT 与 SRTT 的差值的加权平均，反映 RTT 的波动程度。
2. RTO 的计算流程（RFC 6298 标准）
（1）初始化（首次测量）
- 首次 SampleRTT 记为
SRTT = SampleRTT； RTTVAR = SampleRTT / 2；RTO = SRTT + max(G, 4*RTTVAR)（G 是时钟粒度，通常为 100ms）。
（2）后续更新（每次新 SampleRTT）
- 计算新的 RTTVAR：
RTTVAR = (1-β) * RTTVAR + β * |SampleRTT - SRTT|（β=0.25） - 计算新的 SRTT：
SRTT = (1-α) * SRTT + α * SampleRTT（α=0.125） - 计算新的 RTO：
RTO = SRTT + max(G, 4*RTTVAR)
3. 计算示例
假设：
- 初始 SRTT=200ms，RTTVAR=100ms，G=100ms；
- 新 SampleRTT=250ms。
计算过程：
- 新 RTTVAR = (1-0.25)100 + 0.25|250-200| = 75 + 12.5 = 87.5ms；
- 新 SRTT = (1-0.125)200 + 0.125250 = 175 + 31.25 = 206.25ms；
- 新 RTO = 206.25 + max (100, 4*87.5) = 206.25 + 350 = 556.25ms。