题目

（本题满分 9 分）

假设客户端 C 建立一条 TCP 连接，向服务器 Si 上传一个总长度为 2000 B 的计算任务描述文件。已知 C 的拥塞窗口初始阈值为 8 MSS，MSS = 500 B，Si 对收到的每个 TCP 段进行确认，且确认段不封装数据。接收窗口始终为 1000 B，RTT = 5 ms，C 建立连接时选择的初始序号为 1000，Si 选择的初始序号为 2000，SYN、ACK、FIN 为标志位，seq 为序号，ack_seq 为确认序号。在整个文件传输过程中未出现任何重传或报文丢失。

（1）C 与 Si 建立 TCP 连接过程需要几次握手？C 收到的 SYN = 1、ACK = 1 的 TCP 段的确认序号是多少？

（2）当 C 接收 Si 发送的 ACK = 1，seq = 2001，ack_seq = 2001，rwnd = 1000 确认段后，C 的拥塞窗口增加到多少？C 的发送窗口设置为多少？

（3）C 与 Si 释放 TCP 连接过程需要几次挥手？C 收到最后一个 TCP 报文段的序号（seq）、确认序号（ack_seq）、FIN 的值分别是多少？

（4）忽略报文段传输时延，且时间从 C 请求建立 TCP 连接时刻算起，则 C 确定 Si 已成功接收到文件的时间是多少？

解析

(1) 三次握手 + 第二次握手的确认序号

TCP 建立连接需要 3 次握手：

1️⃣ C → Si    SYN=1，seq=1000
2️⃣ Si → C    SYN=1，ACK=1，seq=2000，ack_seq=1001
3️⃣ C → Si    ACK=1，seq=1001，ack_seq=2001

C 收到的"SYN=1、ACK=1"段就是第二次握手的报文。它的确认序号是对 C 第一次握手 SYN 的确认 = 。

SYN 段不携带数据但消耗 1 个序号，所以 ack_seq 是 SYN 段 seq + 1 而不是直接等于。FIN 段同理也消耗 1 个序号。

(2) 收到 ack_seq = 2001 后的窗口

先解读 ack_seq = 2001 是哪个 ACK：

• 题面说"Si 发送的 seq = 2001、ack_seq = 2001"——Si 的 seq 从 2000 起步加 1（SYN 消耗），所以 seq = 2001 是 Si 第二次握手后的下一段，即 数据传输阶段的第一个 ACK
• 这个 ACK 是 Si 收到 C 第一段数据（500 B）后回的——它说"我已收到 [1001, 1500]，下一字节期待 1501"——但题面给的 ack_seq = 2001 这个数让我们推算 Si 已收的字节数

仔细理解 ack_seq = 2001：

实际上，如果是 C 发的第 1 个数据段（seq=1001, len=500）的 ACK，应该是 ack_seq=1501；ack_seq=2001 意味着 Si 已收到 [1001, 2000]，即 2 个 MSS = 1000 B = 2 个段的数据。所以这是 C 已收到的第 2 个 ACK。

题面文字描述的"该确认段"实际上是从 C 的视角看到的"某个收到的"确认段，编号是相对的。从内容看 ack_seq=2001，明确说明是 Si 累计确认到 2000 之时——对应 C 已发送 2 段后收到的第 2 个 ACK。

慢启动阶段（cwnd < ssthresh = 8 MSS 期间），每收一个 ACK，cwnd += 1 MSS：

时刻	cwnd 起始	收 ACK 后 cwnd
收第 1 个 ACK	1 MSS	2 MSS
收第 2 个 ACK（即 ack_seq=2001 这次）	2 MSS	3 MSS = 1500 B

发送窗口 = min(cwnd, rwnd) = min(1500 B, 1000 B) = 1000 B

rwnd 经常成为瓶颈：本题 rwnd 固定 1000 B（接收方告诉发送方"最多再给我 1000 B"），cwnd 即便涨到 8 MSS 也用不上——发送窗口被 rwnd 死死卡在 1000 B。这种情况下慢启动/拥塞避免的算法效果失效，要靠应用层主动取走数据让 rwnd 抬升。

(3) 四次挥手 + 最后一段的字段

TCP 释放连接需要 4 次挥手：

1️⃣ C → Si    FIN=1，seq=3001
2️⃣ Si → C    ACK=1，seq=2001，ack_seq=3002
3️⃣ Si → C    FIN=1，ACK=1，seq=2001，ack_seq=3002  ← C 最后收到的报文段
4️⃣ C → Si    ACK=1，seq=3002，ack_seq=2002

算 C 的 FIN seq = 3001：

C 的初始 seq=1000，SYN 占 1 → 数据从 1001 开始，发了 2000 B → 最后一字节 seq=3000。FIN 段紧接其后 → seq=3001。

Si 发的 FIN seq = 2001：

Si 没发数据，自己的序号始终在 2001（SYN+1）原地未动。

ack_seq = 3002：

Si 第二次挥手的 ACK 已确认了 C 的 FIN（ack_seq = 3001 + 1 = 3002）。第三次挥手时同样填这个值。

C 收到的最后一个报文段（即第三次挥手）：

• seq = 2001
• ack_seq = 3002
• FIN = 1

为什么挥手是 4 次而握手是 3 次：握手时服务器把"对客户端 SYN 的 ACK"和"自己的 SYN"合并成一段（SYN+ACK），所以 3 次。挥手时服务器收到 FIN 后可能还有数据要发——必须先 ACK 让客户端知道"FIN 收到了"，等数据发完才发自己的 FIN，两个段不能合并。本题 Si 没数据，但 4 次挥手是 TCP 标准定义的，不会因为没数据就压缩成 3 次。

(4) C 确认 Si 接收完文件的时间

先列时间线（题面"忽略报文段传输时延"意味着段在链路上花 0 时间，但 RTT 仍是 5 ms 表示"信号往返一趟"）：

时刻	事件
t = 0	C 发 SYN（请求建立连接）
t = 1 RTT = 5 ms	C 收到 SYN+ACK，立即发 ACK（建立完成），同时发 第 1 段数据
t = 2 RTT = 10 ms	C 收到第 1 段的 ACK（ack_seq=1501），cwnd 变 2 MSS；同时 rwnd 给的发送窗口允许发送 2 段 — 但本轮 rwnd=1000 限制发 2 段（第 2、3 段）
t = 3 RTT = 15 ms	C 收到第 2、3 段的 ACK，cwnd 变 4 MSS；rwnd 仍 1000 限制 → 发 第 4 段（最后一段）
t = 4 RTT = 20 ms	C 收到第 4 段的 ACK → C 确定 Si 已成功接收完所有 4 段 = 整个文件

总耗时 = 4 RTT = 4 × 5 ms = 20 ms。

"忽略传输时延" 在时间线上的等价说法：把每个报文段在链路上看作"瞬时到达"，所以 C 发完一段 / 一组到下一组到达的间隔正好是 RTT。RTT 含两个方向的传播——"发出去 0.5 RTT 到对端 + 对端 ACK 0.5 RTT 回来"。

本题的窗口动态：表面看是慢启动（cwnd 每 RTT 翻倍：1→2→4→8），但 rwnd=1000 B 把发送窗口卡在 2 MSS 后就涨不动了——所以从第 2 轮 RTT 起每轮都是 2 段（直到剩余字节数小于 2 段为止）。rwnd 才是真正的瓶颈，不是 cwnd。