UGC NET CS 2015 年 12 月 – III |问题 23

本题为计算机科学领域的题目，涉及计算机网络下的TCP、UDP协议。需要对计算机网络协议有一定的了解。

题目描述

给定三台主机 $A, B, C$，其中 $B$ 为中间主机。设 $A$ 和 $C$ 之间有一条直接连接，传输速率为 $R$。同时 $A$ 和 $B$ 之间，$B$ 和 $C$ 之间均有一条直接连接，且两个传输速率均为 $2R$。使用TCP协议在主机 $A$ 和 $C$ 之间进行传输，使用UDP协议在主机 $A$ 和 $B$ 之间、$B$ 和 $C$ 之间进行传输。数据传输过程中使用了滑动窗口协议，每个数据包大小为 $1$KB，滑动窗口长度为 $1$KB。

现在有一个 $10$KB 的数据要从主机 $A$ 传输到主机 $C$，假设不考虑TCP和UDP协议需要处理的头部信息，以下哪个选项是 $A$ 到 $C$ 总传输时间的近似值（假设窗口大小不受特殊限制，包到达顺序不受特殊限制，同时也忽略TCP三次握手和四次挥手）？

A. $\frac{10}{R} + \frac{20}{3R}$

B. $\frac{10}{R} + \frac{10\sqrt{3}}{R}$

C. $5\left(\frac{1}{R} + \frac{2}{3R}\right)$

D. $\frac{10}{3R} + \frac{5}{R} + \frac{10}{3R}$

题目解析

题目需要通过计算，找到TCP和UDP协议传输一个 $10$KB 的数据所需要的总时间。在计算过程中需要根据具体的协议及网络状况进行不同的计算。

对于TCP协议，数据的传输从建立连接开始，先进行传输阶段，然后进行拆除连接。在传输的过程中需要考虑滑动窗口和传输头部等额外的内容。因此需要计算的时间包括：

1. 和主机 $C$ 建立连接所需时间
2. 处理数据部分所需时间
3. 拆除连接所需时间

对于UDP协议，数据的传输过程相对简单，不需要建立和拆除连接。计算需要的时间仅包括：

1. 从主机 $A$ 到主机 $B$ 的数据传输时间
2. 从主机 $B$ 到主机 $C$ 的数据传输时间

计算时需要注意速率是 $R$ 和 $2R$ 的变化。

解题思路

1. 计算TCP协议传输过程中建立连接所需时间。
2. 计算TCP协议传输过程中拆除连接所需时间。
3. 计算TCP协议传输数据部分所需时间。
4. 计算UDP协议传输数据所需时间。
5. 将所有计算得到的时间进行加和。

代码片段

## 解题思路

1. 计算TCP协议传输过程中建立连接所需时间。
建立连接需要三次握手。假设数据包大小为1KB，建立连接需要3个数据包，用时分别为：
    - 从A到C需要6/R秒，因为是TCP协议。
    - 从A到B需要6/(2R)秒，因为是TCP协议。
    - 从B到C需要6/(2R)秒，因为是TCP协议。
总共需要时间为 6/R + 12/2R = 6/R + 6/R = 12/R.

2. 计算TCP协议传输过程中拆除连接所需时间。
拆除连接需要四次挥手。同上，用时分别为：
    - 从A到C需要8/R秒，因为是TCP协议。
    - 从A到B需要8/(2R)秒，因为是TCP协议。
    - 从B到C需要8/(2R)秒，因为是TCP协议。
总共需要时间为 8/R + 16/2R = 8/R + 8/R = 16/R。

3. 计算TCP协议传输数据部分所需时间。
数据总共有10个分组，每个分组大小为1KB。每次发送一个分组，需要等待确认。确认分组需要从主机C返回，总共需要等待确认的分组为9个。因为TCP协议滑动窗口长度为1KB，所以发送了一个分组之后需要等待确认后才能发送下一个分组。因此，总共发送了10个分组，需要等待确认的分组为9个，总共需要时间为19/R。

4. 计算UDP协议传输数据所需时间。
UDP协议不需要建立连接和拆除连接。因此分别计算从A到B的传输时间和从B到C的传输时间：
    - 从A到B需要5/(2R)秒，因为是UDP协议。
    - 从B到C需要5/(2R)秒，因为是UDP协议。
总共需要时间为 5/(2R) + 5/(2R) = 10/(2R) = 5/R。

5. 将所有计算得到的时间进行加和。
总时间为 12/R + 16/R + 19/R + 5/R = 52/R。因此答案为 Option A.