UGC NET CS 2015年六月 - II | 问题 17

这是一道涉及网络通信的算法题，适合网络编程方向的程序员。问题描述如下：

一个TCP连接在进行数据传输时，发送端与接收端需要通过给定的窗口大小来协调数据的发送和接收。当接收端接收到数据包时，需要向发送端发送一个确认消息，告知发送端数据已经被接收。如果发送端在一定时间内没有收到确认消息，就会重新发送该数据包。

现在假设有一个TCP连接，发送端每隔100ms就会发送数据包，接收端每隔500ms就会向发送端发送确认消息。发送端发送的数据包序列号从1开始自增，每个数据包中包含一个4字节的序列号。接收端将接收到的数据包存储在一个数据缓存区中，每次接收到数据包时会将其中的序列号添加到一个位图中，表示该序列号对应的数据已经被接收。如果重复接收到某个序列号的数据包，接收端会忽略该数据包。现在假设双方刚刚建立连接，发送端发送的第一个数据包序列号为1，请编写一个程序，模拟该TCP连接的数据传输过程，并输出发送端发送的数据包数量。

解题思路

我们可以使用两个变量来模拟发送端的行为：next_seq_num 表示下一个数据包的序列号，send_window 表示发送窗口的大小。每次发送数据包时，将 next_seq_num 增加1，并将该数据包加入到一个“已发送但未确认”的数据包列表（暂称为 sent_packets 列表）中。

同时，我们使用一个变量 last_ack_num 来模拟接收端对最后一个被接收的数据包的确认。每次接收到新的确认消息时，如果确认消息的序列号大于 last_ack_num，就将 last_ack_num 设置为该序列号，并调整 sent_packets 列表中的数据包状态。如果一个数据包已经被确认，则可以将其从 sent_packets 列表中移除。

因为发送端需要定期发送数据包，所以我们可以使用一个循环来模拟整个传输过程。在每个循环中，判断是否需要发送新的数据包（即 next_seq_num 是否小于等于 last_ack_num + send_window），并判断是否需要重传某个数据包（即 sent_packets 列表中是否有已发送但未确认的数据包已经超时）。如果需要重传数据包，则将该数据包重新加入到发送队列中。

代码实现

我们可以使用 Python 语言来实现上述算法。具体实现见下方代码片段：

# 初始化发送端状态
send_window = 8
next_seq_num = 1
sent_packets = {}

# 模拟数据传输过程
while True:
    # 判断是否需要发送新的数据包
    if next_seq_num <= last_ack_num + send_window:
        # 发送新的数据包
        packet = create_packet(next_seq_num)
        send(packet)

        # 将新的数据包添加到 sent_packets 列表中
        sent_packets[next_seq_num] = {
            'packet': packet,
            'timestamp': time.time()
        }
        next_seq_num += 1

    # 判断是否需要重传数据包
    for seq_num, sent_packet in sent_packets.items():
        if time.time() - sent_packet['timestamp'] > 0.5:
            # 重新发送数据包
            send(sent_packet['packet'])

            # 更新 sent_packets 列表中的数据包状态
            sent_packets[seq_num]['timestamp'] = time.time()

    # 接收确认消息并更新发送状态
    ack_num = receive_ack()
    if ack_num > last_ack_num:
        last_ack_num = ack_num
        for seq_num, sent_packet in sent_packets.items():
            if seq_num <= ack_num:
                del sent_packets[seq_num]

需要注意的是，以上代码只实现了发送端的逻辑，接收端的逻辑还需要自行添加。此外，代码中用到了一些未定义的函数和变量，需要根据实际情况进行修改和补充。