题目

如图，主机 H 登录到 FTP 服务器后，向服务器上传一个大小为 18000 B 的文件 F，假设 H 传输 F 建立数据连接时，选择的初始序号为 100，MSS = 1000 B，拥塞控制的初始阈值 ssthresh = 4 MSS，RTT = 10 ms，忽略 TCP 的传输时延，在 F 的传送过程中，H 以 MSS 段向服务器发送数据，且始终没有错误、丢包和乱序。

(1) FTP 的控制连接是持久的还是非持久的？FTP 的数据连接是持久的还是非持久的？H 登录服务器时，建立的 FTP 连接是数据连接还是控制连接？

(2) H 通过数据连接发送 F 时，F 的第一个字节序号是多少？在断开数据连接的过程中，FTP 发送的第二次挥手的 ACK 序号是多少？

(3) F 发送过程中，当 H 收到确认序号为 2101 的确认段时，H 的拥塞窗口调整为多少？收到确认序号为 7101 的确认段时，H 的拥塞窗口调整为多少？

(4) H 从请求建立数据连接开始，到确认 F 已被服务器全部接收为止，至少要多长时间？期间应用层数据平均发送速率是多少？

解析

(1) FTP 控制连接 vs 数据连接

FTP 用了两条独立的 TCP 连接：

连接类型	端口	何时建立	持久性
控制连接	21	客户端登录时建立	持久（整个会话期间一直保持，用来传 USER / PASS / RETR / STOR 等命令）
数据连接	20（主动模式）	每次 list / get / put 文件时临时新建	非持久（每传一个文件新建一次，传完即关）

逐条回答：

• FTP 控制连接是 持久的
• FTP 数据连接是 非持久的
• H 登录服务器时建立的是 控制连接（用于发送用户名、密码命令）

为什么 FTP 要双连接：分离控制流和数据流的好处是命令永远能立刻送达——即使数据连接被某个大文件占满，用户依然能在控制连接上发送 ABOR（中止）这种紧急命令。代价是 NAT 穿透很麻烦（FTP 是公认对 NAT 不友好的协议）。

(2) 序号计算

F 的第一个字节序号：

H 选择的初始序号为 100。三次握手中 SYN 段消耗 1 个序号（虽然不携带数据），所以数据连接建立后第一个字节的序号 = 100 + 1 = 101。

第二次挥手的 ACK 序号：

四次挥手是这样发生的：

第 1 次：H → S    FIN（seq = X）         ← H 主动断开
第 2 次：S → H    ACK（ack = X + 1）     ← S 确认收到 FIN
第 3 次：S → H    FIN（seq = Y）         ← S 也想断开
第 4 次：H → S    ACK（ack = Y + 1）

要算 X：H 在断开前发出的最后一个字节序号 = 101 + 18000 - 1 = 18100。所以 H 的 FIN 段序号 = 18101（FIN 段不携带数据，但消耗 1 个序号；它紧接最后一字节之后）。

第二次挥手的 ACK 序号 = 18101 + 1 = 18102。

(3) 拥塞窗口变化

先理清"确认序号 N"的含义：N 表示"对方已经收到字节 [101, N-1]"，期望下一个收到字节 N。所以确认序号 N 意味着已经收到 (N - 101) 字节 = (N - 101) / 1000 个 MSS 段的 ACK。

收到的确认序号	已收到字节数	已收到的 ACK 数	状态
2101	2000 B = 2 MSS	2 个 ACK	慢启动（cwnd 还没达到 ssthresh）
7101	7000 B = 7 MSS	7 个 ACK	已经过了 ssthresh，处在拥塞避免阶段

拥塞窗口规则：

• 慢启动：每收到一个新段的 ACK，cwnd += 1 MSS（指数增长）
• 拥塞避免（cwnd ≥ ssthresh 后）：每过一个 RTT，cwnd += 1 MSS（线性增长），等价于每收 cwnd 个 ACK 加 1 MSS、即每个 ACK 加 (1/cwnd) MSS

追踪 cwnd（从 1 MSS 起步）：

状态	cwnd 起始	收到 ACK 后 cwnd
收到 ACK #1	1	2（慢启动 +1）
收到 ACK #2	2	3（慢启动 +1）← 此时确认号 2101
收到 ACK #3	3	4（慢启动 +1，达到 ssthresh）
收到 ACK #4~7（拥塞避免）	4	4 + 4×(1/4) = 5 ← 此时确认号 7101

细化拥塞避免的"+1/cwnd"算法：cwnd=4 时收 4 个 ACK 才加满 1 MSS。从 ACK #4 起每个 ACK 加 0.25 MSS：4 → 4.25 → 4.5 → 4.75 → 5。教科书简写为"每个 RTT 加 1 MSS"。

最终答案：

• 收到 ack = 2101 时：cwnd = 3 MSS = 3000 B
• 收到 ack = 7101 时：cwnd = 5 MSS = 5000 B

(4) 总时间 + 平均速率

先按 RTT 切片，跟踪每轮发送的段数：

RTT 轮次	本轮 cwnd	本轮发送段数	累计已发段数	状态切换
1	1 MSS	1	1	慢启动
2	2 MSS	2	3	慢启动
3	4 MSS	4	7	慢启动→（轮末达到 ssthresh）切换到拥塞避免
4	5 MSS	5	12	拥塞避免
5	6 MSS	6	18 ✓	拥塞避免，文件刚好发完

总时间（题目说"忽略 TCP 传输时延"——意为段在链路上单程时延 = 0，但 RTT 仍 10 ms）：

• 三次握手建立连接：1 RTT（H 发 SYN → 收 SYN+ACK → 发 ACK，最后这个 ACK 可携带第一段数据，所以建立连接的"代价"取 1 RTT）
• 数据传输 + 等最后 ACK：5 RTT（最后一段在 RTT 5 中发出，其 ACK 在 RTT 5 末尾返回——题目"忽略传输时延"等价于把 ACK 看作即时返回，所以 5 RTT 含 5 次往返）

总时间 = 1 + 5 = 6 RTT = 60 ms。

平均应用层速率：

为什么连接建立只算 1 RTT 而不是 1.5 RTT：在三次握手中，客户端发出第三次握手的 ACK 后立刻可以发数据（甚至和 ACK 合并发出）；服务器在收到 SYN+ACK 后已经在等数据。所以"从客户端首发 SYN 到客户端可以发送数据"耗时 1 RTT。这是标准简化算法。

慢启动→拥塞避免切换点的两种算法约定：教材里有两种写法：

• 写法 A（本题用的）：cwnd 在涨到 ssthresh 当下那一刻进入拥塞避免，下一轮起每 RTT +1
• 写法 B：cwnd 翻倍超过 ssthresh 时才切换，于是 1→2→4→8（超过 4） 才切

408 真题倾向写法 A——只要 cwnd 达到 ssthresh 就切换。本题严格按写法 A 算。