一、实验要求

1. 掌握TCP进行拥塞控制的四种算法：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复的工作原理；

2. 编程实现拥塞控制算法。

二、实验环境

操作系统为Windows的计算机，安装有C、C++、Java、Python等编程工具。

三、实验要求

(1) 阅读互联网标准RFC5681文档。

(2) 掌握RFC5681的四种拥塞控制方法工作原理。

(3) 编程实现四种拥塞控制方法。要求：

① 程序具备必要的输入提示、输出提示。

② 程序输入：初始门限值、传输轮次。

③ 根据用户输入的“发生超时”或“收到三次重复确认”时的传输轮次实施拥塞控制。

④ 程序输出：各传输轮次的拥塞窗口值。

⑤ 可查询单个传输轮次的拥塞窗口值。

⑥ 考虑到实际的TCP拥塞窗口以字节为单位。

 (4) 画图描述出拥塞窗口的变化曲线，可参考下图。（选做内容）

PS！本代码参考文章：http://t.csdnimg.cn/Dexca，是在其基础上稍作改进，基本实现了该作者提出的不足之处。

四、代码实现

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
import matplotlib.font_manager as fm

# 设置中文字体
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 设置默认字体为黑体
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解决负号显示问题

def input_int(prompt):
    while True:
        try:
            return int(input(prompt))
        except ValueError:
            print("输入无效，请输入一个整数。")

# 程序输入
cwin = input_int('请输入初始拥塞窗口大小（单位：字节）：')  # 拥塞窗口
ssthresh = input_int('请输入初始阈值大小（单位：字节）：')  # 初始阈值

# 输入超时发生的传输轮次
timeout_rounds = input("请输入超时发生时的传输轮次（多个轮次用逗号分隔，没有则输入-1）：")
ifTimeoutRoundIndex = list(map(int, timeout_rounds.split(','))) if timeout_rounds else []

# 输入重传发生的传输轮次
retransmission_rounds = input("请输入重传发生时的传输轮次（多个轮次用逗号分隔，没有则输入-1）：")
ifReTransmissionRoundIndex = list(map(int, retransmission_rounds.split(','))) if retransmission_rounds else []

roundCount = input_int("请输入传输轮次：")  # 传输轮次

# 算法
listXResult = []  # 后期绘图用的x坐标集
listYResult = []  # 后期绘图用的y坐标集

for roundIndex in range(roundCount):
    print(f"第 {roundIndex} 轮：拥塞窗口大小：{cwin} 字节")

    # 图：收集x, y坐标
    listXResult.append(roundIndex)
    listYResult.append(cwin)

    # 先判断，是否超时或重传
    if roundIndex in ifTimeoutRoundIndex:
        ssthresh = cwin // 2
        cwin = 1
        continue
    if roundIndex in ifReTransmissionRoundIndex:
        ssthresh = cwin // 2
        cwin = ssthresh

    # 慢启动
    if cwin < ssthresh:
        cwin *= 2
        if cwin > ssthresh:
            cwin = ssthresh

    # 拥塞避免
    elif cwin >= ssthresh:
        cwin += 1

# 查询单个传输轮次的拥塞窗口值
while True:
    query_round = input("请输入要查询的传输轮次（输入-1退出查询）：")
    if query_round == '-1':
        break
    try:
        query_round = int(query_round)
        if 0 <= query_round < roundCount:
            print(f"第 {query_round} 轮：拥塞窗口大小：{listYResult[query_round]} 字节")
        else:
            print("输入的传输轮次超出范围，请重新输入。")
    except ValueError:
        print("输入无效，请输入一个整数。")

# 绘制拥塞窗口变化曲线
plt.xlabel("传输次数 roundIndex")
plt.ylabel("拥塞窗口 cwin（单位：字节）")
plt.plot(listXResult, listYResult, 'r')
plt.grid()  # 添加网格
plt.title('拥塞窗口变化曲线')
plt.show()

另外，还有可以改进的部分，添加输入格式检查，增强代码健壮性。

代码仅供参考。

五、效果图：