题目

某网络拓扑如题 41 图所示：

图中说明：R1～R3 是路由器，Switch 为 100BaseT 交换机，Hub 为 100BaseT 集线器，主机 H1～H4 的默认 DNS 服务器均配置为 201.1.1.1。

假设题 33～41 图中的 H3 访问 Web 服务器 S 时，S 为新建的 TCP 连接分配了 20 KB（K = 1024）的接收缓存，最大段长 MSS = 1 KB，平均往返时间 RTT = 200 ms。H3 建立连接时的初始序号为 100，且持续以 MSS 大小的段向 S 发送数据，拥塞窗口初始阈值为 32 KB；S 对收到的每个段进行确认，并通告新的接收窗口。假定 TCP 连接建立完成后，S 端的 TCP 接收缓存仅有数据存入而无数据取出。请回答下列问题。

(1) 在 TCP 连接建立过程中，H3 收到的 S 发送过来的第二次握手 TCP 段的 SYN 和 ACK 标志位的值分别是多少？确认序号是多少？

(2) H3 收到的第 8 个确认段所通告的接收窗口是多少？此时 H3 的拥塞窗口变为多少？H3 的发送窗口变为多少？

(3) 当 H3 的发送窗口等于 0 时，下一个待发送的数据段序号是多少？H3 从发送第 1 个数据段到发送窗口等于 0 时刻为止，平均数据传输速率是多少（忽略段的传输延时）？

(4) 若 H3 与 S 之间通信已经结束，在 t 时刻 H3 请求断开该连接，则从 t 时刻起，S 释放该连接的最短时间是多少？

解析

(1) 第二次握手的 SYN / ACK / 确认序号

TCP 三次握手的标志位组合（背诵级）：

握手	方向	SYN	ACK	seq	ack_seq
第一次	H3 → S	1	0	100	—
第二次	S → H3	1	1	y（S 选的初始序号）	101
第三次	H3 → S	0	1	101	y + 1

第二次握手是"S 同意建连 + 顺便确认 H3 的 SYN"，所以 SYN=1 + ACK=1 同时打开。

确认序号 = 对方 seq + 1（SYN 段虽然不携带数据，但消耗一个序号）= 100 + 1 = 101。

最终答案：SYN = 1，ACK = 1，ack_seq = 101。

(2) 第 8 个 ACK 后的窗口状态

题面强调 "S 端 TCP 接收缓存仅有数据存入、无数据取出" → 接收方每确认一个 1 KB 段，接收窗口 rwnd 就少 1 KB。

慢启动阶段（初始阈值 32 KB 远未到达，全程都在慢启动），每收到一个新段的 ACK，cwnd 增加 1 KB（初始 cwnd = 1 KB）。

逐次填表（追踪到第 8 个 ACK）：

第 N 个 ACK	rwnd（剩余接收缓存）	cwnd（拥塞窗口）
ACK #1	20 − 1 = 19 KB	1 + 1 = 2 KB
ACK #2	19 − 1 = 18 KB	3 KB
...	...	...
ACK #8	20 − 8 = 12 KB	1 + 8 = 9 KB

发送窗口 = min(cwnd, rwnd) = min(9, 12) = 9 KB。

慢启动 vs 拥塞避免的切分点：拥塞窗口 ≤ ssthresh 时是慢启动（指数增长，每 RTT 加倍）；> ssthresh 时进入拥塞避免（线性增长，每 RTT 加 1 MSS）。本题 ssthresh = 32 KB，cwnd 永远涨不到这里就被 rwnd 卡死了，所以全程慢启动。

(3) 发送窗口降为 0 时的状态

继续跟踪到 rwnd = 0：每个 ACK 都会让 rwnd 减 1，所以 rwnd 在第 20 个 ACK 后变为 0。此时 cwnd = 21 KB，但发送窗口 = min(21, 0) = 0。

下一个待发送的数据段序号：

• 初始序号 100，三次握手 SYN 消耗 1 个序号 → 数据起始序号 = 101
• 已发送 20 个 1 KB（= 20 × 1024 = 20480 B）的数据
• 下一个待发序号 = 101 + 20 × 1024 = 101 + 20480 = 20581

算"经过了几轮 RTT"（关键步骤）：

慢启动每轮"翻倍"地发送，直到被 rwnd 卡住：

轮次（已过 RTT 数）	本轮 cwnd	本轮 rwnd	本轮发送窗口	本轮发送段数	累计已发段数
1	1	20	1	1	1
2	2	19	2	2	3
3	4	17	4	4	7
4	8	13	8	8	15
5	16	5	5	5	20

第 5 轮收完所有 ACK 后，rwnd = 0、发送窗口 = 0，总计 5 个 RTT = 5 × 200 ms = 1000 ms = 1 s。

平均数据传输速率：

也可以写作 20 KB/s 或 20.48 KB/s（如果 K=1000；本题 K=1024 所以是 20 KB/s = 20480 B/s）。

常见单位错位：考研题里 K=1024、k=1000、B=byte、b=bit 经常混着用，注意区分 KB/s 和 kbps——前者是字节速率，后者是比特速率，差 8 倍。

(4) S 释放连接的最短时间

TCP 四次挥手 + 时间线（从 H3 发送 FIN 起算）：

t = 0       H3 → S : FIN（H3 进入 FIN-WAIT-1）
t = RTT/2   S 收到 FIN
            S → H3: ACK（S 进入 CLOSE-WAIT，H3 进入 FIN-WAIT-2）
            S 立刻发完剩余数据后（题面无数据，立刻发 FIN）
            S → H3: FIN（S 进入 LAST-ACK）
t = RTT     H3 收到 ACK 和 FIN
            H3 → S: ACK（H3 进入 TIME-WAIT）
t = 1.5×RTT S 收到最后 ACK，立刻 CLOSED ← 最短释放时刻

S 真正"释放连接"是在收到 H3 的最后一个 ACK 之时。这一 ACK 从 H3 发出后，单程 = RTT/2 到达 S。

总时间 = 。

TIME-WAIT 在 H3 端、不影响 S：H3 在发完最后 ACK 后会进入 TIME-WAIT 状态等 2 MSL 才彻底关闭——这是为了万一最后 ACK 丢失，能重发一次以保证 S 关闭。但本题问的是"S 释放连接"的时间，不是 H3 关闭时间，所以不算 2 MSL。

为什么是四次挥手而不是三次：握手时 S 可以把"对 H3 SYN 的 ACK"和"自己的 SYN"合并成一个段；挥手时 S 收到 FIN 后可能还有数据要发完，所以 ACK 立刻回但 FIN 要等数据发完才发，两个不能合并 → 一次方向上的关闭需要 2 个段（FIN + ACK），双向共 4 个段。