计算机考研408真题解析（2025-38 TCP拥塞控制深度解析）

【良师408】计算机考研408真题解析（2025-38 TCP拥塞控制深度解析）
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TCP拥塞控制深度解析：基于2025年408真题的窗口计算与C语言模拟

摘要：本文以2025年计算机考研408真题第38题为案例，深入剖析TCP拥塞控制机制中的发送窗口计算。通过详细的状态推导和C语言代码模拟，验证了慢启动阶段拥塞窗口的增长机制，并精确计算了可用发送段数，旨在为读者提供一个从理论到实践的完整学习路径。

1. 2025-38 真题重现与问题分析

题目：主机甲通过 TCP 向主机乙发送数据的部分过程如下图，seq 为序号，ack-seq 为确认序号，rcwnd 为接收窗口。甲在 t0 时刻的拥塞窗口和发送窗口均为 2000B，拥塞控制阈值为 8000B，MSS=1000B。甲始终以 MSS 发送 TCP 段。若甲在 t1 时刻收到如图所示的确认段，则甲在未收到新的确认段之前，还可以继续向乙发送的 TCP 段数是（ ）。

2. TCP 窗口机制与拥塞控制理论基础

TCP拥塞控制是保证网络高效传输的关键机制，主要依赖于以下核心概念：

拥塞窗口（cwnd）：发送方根据网络拥塞程度估计的窗口大小。接收窗口（rcwnd）：接收方根据自身缓冲区大小设定的窗口大小（流量控制）。发送窗口（swnd）：实际发送窗口大小，
swnd = min(cwnd, rcwnd)。慢启动（Slow Start）：当
cwnd < ssthresh时，每收到一个ACK，
cwnd增加1个MSS。

核心计算公式：

3. 状态推导与解题步骤

3.1. t0 时刻初始状态分析

参数	值	状态
cwnd	2000B	慢启动阶段 (2000B < 8000B)
ssthresh	8000B	拥塞控制阈值
MSS	1000B	最大段长度
swnd	2000B	min(cwnd, rcwnd)
已发送未确认	2000B	发送了seq=2001和seq=3001两个段

3.2. t1 时刻收到确认后的状态更新

甲在 t1 时刻收到确认段：
ack_seq=3001，
rcwnd=4000B。

Step 1: 更新 cwnd

收到
ack_seq=3001，确认了 1000B 数据（即
seq=2001 的段）。处于慢启动阶段，每收到一个ACK，
cwnd 增加 1 个 MSS。新
cwnd = 2000B + 1000B = 3000B。

Step 2: 计算新 swnd

新
rcwnd = 4000B (题目给定)。新
swnd = min(新
cwnd, 新
rcwnd) = min(3000B, 4000B) = 3000B。

Step 3: 计算已发送未确认数据

初始已发送 2000B，确认了 1000B。已发送未确认数据 = 2000B – 1000B = 1000B (即
seq=3001 的段)。

Step 4: 计算可发送段数

可用窗口 =
swnd – 已发送未确认数据 = 3000B – 1000B = 2000B。可发送段数 = 2000B / 1000B = 2个段。

结论：甲还可以继续发送 2个 TCP 段。

4. C语言模拟 TCP 状态机

为了验证上述推导，我们使用 C 语言模拟 TCP 拥塞控制状态机，实现窗口的动态计算逻辑。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// TCP拥塞控制状态结构
typedef struct {
    int cwnd;               // 拥塞窗口(字节)
    int rcwnd;              // 接收窗口(字节)
    int ssthresh;           // 慢启动阈值(字节)
    int mss;                // 最大段长度(字节)
    int sentUnacknowledged; // 已发送未确认数据(字节)
} TcpState;

// 计算当前发送窗口
int calculateSendWindow(TcpState* tcp) {
    return (tcp->cwnd < tcp->rcwnd) ? tcp->cwnd : tcp->rcwnd;
}

// 处理ACK确认，更新拥塞窗口和已发送未确认数据
void processAck(TcpState* tcp, int acknowledgedBytes, int newRwnd) {
    // 1. 更新已发送未确认数据
    tcp->sentUnacknowledged -= acknowledgedBytes;
    if (tcp->sentUnacknowledged < 0) {
        tcp->sentUnacknowledged = 0;
    }

    // 2. 更新拥塞窗口 (慢启动阶段)
    if (tcp->cwnd < tcp->ssthresh) {
        // 慢启动：每收到一个ACK，cwnd增加1个MSS
        // 简化处理：假设acknowledgedBytes对应一个ACK，即增加1个MSS
        tcp->cwnd += tcp->mss; 
    } 
    // 3. 更新接收窗口
    tcp->rcwnd = newRwnd;
}

// 计算可发送的段数
int calculateSendableSegments(TcpState* tcp) {
    int sendWindow = calculateSendWindow(tcp);
    int availableWindow = sendWindow - tcp->sentUnacknowledged;

    if (availableWindow <= 0) {
        return 0;
    }

    return availableWindow / tcp->mss;
}

// 模拟题目场景
void simulateQuestion() {
    // t0时刻初始状态
    TcpState tcp = {2000, 2000, 8000, 1000, 0};
    
    // 模拟t0时刻发送2个段
    tcp.sentUnacknowledged = 2 * tcp.mss; // 2000B
    
    // 模拟t1时刻收到确认段
    // 确认了1000B (ack_seq=3001)，rcwnd更新为4000B
    processAck(&tcp, 1000, 4000);
    
    printf("=== 2025-38 模拟结果 ===
");
    printf("新拥塞窗口 (cwnd): %d B
", tcp.cwnd);
    printf("新接收窗口 (rcwnd): %d B
", tcp.rcwnd);
    printf("新发送窗口 (swnd): %d B
", calculateSendWindow(&tcp));
    printf("已发送未确认数据: %d B
", tcp.sentUnacknowledged);
    printf("可发送段数: %d 个
", calculateSendableSegments(&tcp));
}

int main() {
    simulateQuestion();
    return 0;
}

代码运行结果：

=== 2025-38 模拟结果 ===
新拥塞窗口 (cwnd): 3000 B
新接收窗口 (rcwnd): 4000 B
新发送窗口 (swnd): 3000 B
已发送未确认数据: 1000 B
可发送段数: 2 个

验证结论：代码模拟结果与理论推导一致，答案为 2个段。

5. 复杂度与工程应用拓展

5.1. 算法复杂度分析

TCP窗口计算本身是一个 O(1)O(1)O(1) 的操作，因为它只涉及常数次的加减乘除和比较运算。真正的复杂度在于拥塞控制算法的时间复杂度，它影响了数据传输的吞吐量和延迟。

阶段	增长特性	复杂度影响
慢启动	指数增长	快速探测带宽
拥塞避免	线性增长	稳定传输，避免拥塞

5.2. 现代 TCP 变种

在实际工程中，传统的 TCP Reno/Tahoe 算法已逐渐被优化：

TCP Cubic：基于三次函数，在大带宽长延迟网络中表现更激进，是 Linux 内核的默认算法。TCP BBR：Google 开发，基于带宽和往返时间（RTT）进行拥塞控制，而非丢包，更适用于高带宽、低丢包率的网络环境。

6. 总结与版权声明

本题是理解 TCP 传输层机制的基石。掌握
swnd = min(cwnd, rcwnd) 和
可用窗口 = swnd - 已发送未确认 是解决此类问题的关键。

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版权声明：
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作者简介

周忠良，男，1968 年 10 月生，安徽桐城人，退役军官。现为资深高校教师、研究员，兼具金融科技与人工智能领域丰富实践经验。

教学领域：主讲《计算机学科专业基础（408）》《大数据分析》《JavaEE 开发》《云安全原理》《机器学习》等课程，覆盖本科至研究生层次。院校合作：曾执教于中国人民大学、大连理工大学、东北大学、北京外国语大学、北京石油化工学院、苏州大学、常州大学、盐城工学院等国内二十多所高校，累计授课超 50 门次，涵盖大数据、人工智能、金融科技等前沿方向。实践教学：主导“智慧云平台”“分布式系统架构”“金融大数据计量”等企业实训项目，注重产教融合。学术指导：指导学生获全国水下机器人大赛一等奖、算法竞赛奖项，并获“优秀指导教师”称号。

跨领域专长

技术能力：精通 Python、Java、C++等编程语言，擅长类脑计算、深度学习、大数据分析及云计算安全。金融科技：持有证券、基金执业资格，深耕量化交易、智能投顾及区块链技术研究。

荣誉与成果

军队科技进步一等奖（国家 863 项目）、二、三等奖等多项奖励曾任中国传媒大学特聘教授、清华大学 AI 项目研究员

联系方式 :

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