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万字详文：TCP 拥塞控制详解( 九 )

TCP 拥塞


万字详文：TCP 拥塞控制详解

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发送速率和RTT vs inflight
RTProp : round-trip propagation time BtlBW : bottleneck bandwidth
基于丢包的拥塞控制算法工作在 bandwidth-limited 区域的右边界区域，尽管这种算法可以达到最大的传输速率，但是它是以高延迟和高丢包率作为代价的 。在存储介质较为小的时候，缓存大小只比 BDP 大一点，此时这种算法的时延并不会很高 。然而，当存储介质变得便宜之后，交换机的缓存大小已经是 ISP 链路 BDP 的很多很多倍了，这导致了 bufferbloat，从而导致了 RTT 从毫秒级升到了秒级 。
当一个连接满足以下两个条件时，它可以在达到最高的吞吐量的同时保持最低时延：
1)速率平衡：瓶颈带宽的数据到达速率与 BtlBw 相等；
2)填满管道：所有的在外数据（inflight data）与 BDP（带宽与时延的乘积）相等
bbr 算法关于拥塞窗口的核心就是计算 BtlBW 和 RTprop，根据这两者值计算 BDP 。BtlBw 和 RTprop 可能是动态变化的，所以需要实时地对它们进行估计 。
计算 RTprop
目前 TCP 为了检测丢包，必须实时地跟踪 RTT 的大小 。在任意的时间 t，
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表示“噪音” 。造成噪声的因素主要有：链路队列，接收方的时延 ACK 配置，ACK 聚合等因素等待 。RTprop 是路径的物理特性，并且只有路径变化才会改变 。由于一般来说路径变化的时间尺度远远大于 RTprop，所以 RTprop 可以由以下公式进行估计：
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即，在一个时间窗口中对 RTT 取最小值 。一般将该窗口大小设置为几十秒至几分钟 。
计算 BtlBW
bottleneck bandwidth 的估计不像 RTT 那样方便，没有一种 TCPspec 要求实现算法来跟踪估计 bottleneck 带宽，但是，可以通过跟踪发送速率来估计 bottleneck 带宽 。当发送方收到一个 ACK 报文时，它可以计算出该报文的 RTT，并且从发出报文到收到 ack 报文这段时间的 data Inflight 。这段时间内的平均发送速率就可以以此计算出来：
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这个计算出的速率必定小于 bottleneck 速率（因为 delta delivered 是确定的，但是 deltat 会较大） 。因此，BtlBw 可以根据以下公式进行估计 。
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其中，时间窗口大小的值一般为 6~10 个 RTT 。
TCP 必须记录每个报文的离开时间从而计算 RTT 。BBR 必须额外记录已经发送的数据大小，使得在收到每一个 ACK 之后，计算 RTT 及发送速率的值，最后得到 RTprop 和 BtlBw 的估计值 。
6.3.2 pacing_rate 和 cwndbbr 算法输出 pacing_rate 和 cwnd 两个数据 。pacing_rate 决定发包速率，cwnd 为窗口大小 。每一次 ACK 都会根据当前的模式计算 pacing_rate 和 cwnd 。注意在计算 pacing_rate 和 cwnd 时有 pacing_gain 和 cwnd_gain 两个参数，
bottleneck_bandwidth = windowed_max(delivered / elapsed, 10 round trips)min_rtt = windowed_min(rtt, 10 seconds)pacing_rate = pacing_gain * bottleneck_bandwidthcwnd = max(cwnd_gain * bottleneck_bandwidth * min_rtt, 4)
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BBR 和 Pacing rate
6.3.3 BBR 状态机BBR 算法也是基于状态机 。状态机有STARTUP、DRAIN、PROBE_BW、PROBE_RTT四种状态 。不同状态下pacing_gain 和 cwnd_gain 的取值会有所不同 。
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bbr 状态机
STARTUP：初始状态，该状态下类似于传统拥塞控制的慢启动阶段 。该状态下pacing_gain和cwnd_gain为2/ln(2)+1 。因为这是最小的能够达到 Reno 或者 CUBIC 算法启动速度的值 。
/* We use a high_gain value of 2/ln(2) because it's the smallest pacing gain * that will allow a smoothly increasing pacing rate that will double each RTT * and send the same number of packets per RTT that an un-paced, slow-starting * Reno or CUBIC flow would: */static const int bbr_high_gain= BBR_UNIT * 2885 / 1000 + 1;DRAIN：该状态为排除状态 。在STARTUP状态下三轮没有涨幅超过 25%时会进入该状态 。该状态下BtlBw会根据bbr_drain_gain逐渐降低，直到 inflight 降到 BDP 为止 。
/* The pacing gain of 1/high_gain in BBR_DRAIN is calculated to typically drain * the queue created in BBR_STARTUP in a single round: */static const int bbr_drain_gain = BBR_UNIT * 1000 / 2885;


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