漫谈TCP拥塞控制算法(2)

深藏阁楼爱情的钟 2022-08-29 15:48 188阅读 0赞

刚看了会儿关于流体模型和排队论的东西，觉得太高端了，但实际能做的事情又很少，有感而发，写篇随笔。

TCP的拥塞控制远不止Linux内核源码树的net/ipv4目录下的那些，事实上那些算法误导了算法的实现者。

当我想要基于Linux实现一个自己的拥塞控制算法的时候，我感到无助，因为TCP的拥塞状态机是被内置在TCP核心中的，这意味着我无法在算法中全权接管对拥塞窗口的控制。

说到底，这个拥塞状态机完全是1988年范雅格布森那一套设计的，实际上这个状态机的外骨架就是Reno，虽然慢启动和拥塞避免可以在算法中被定制，但快速重传，快速恢复，超时是TCP核心控制的，对这个过程的控制，外部无能为力。

BBR算法的引入，这个拥塞状态机开放了很多，但依然限制很多，比方说我想写一个测试算法，无论如何将cwnd保持在常量1000000，然而在拥塞状态机的某些状态，这个cwnd将无法保持。

这些事实让写一个真实用起来的拥塞控制算法是一件非常麻烦的事，为了全权控制拥塞窗口，几乎要重写tcp\_ack，而这件事与TCP无关，从开始重写tcp\_ack到用起来的时间取决于你对Linux内核HOOK技术的熟练程度。

现在离Reno时代已经很久了，正确的拥塞控制，应该将丢包，重传，窗口控制完全分开：

*  拥塞控制算法全权控制拥塞窗口。
 *  拥塞状态机仅仅标记丢包。
 *  正常传输和重传统一处理。

对于拥塞控制算法，其输入是TCP的当前状态，输出则是一个拥塞窗口，系统的其它任何地方都不要有拥塞窗口的输出。类似ssthresh，慢启动，拥塞避免，快速重传这类Reno概念也是可以完全取消的。

事实上，拥塞控制状态机是根本不用对丢包进行反应的，这基于下面的事实：

*  如果拥塞控制算法是好的，那么算法本身将会计算一个恰好的窗口，避免丢包。
 *  如果是线路噪声造成的丢包，那更与拥塞无关。

说完了Linux TCP拥塞控制的实现问题，再说下拥塞控制算法本身。

看了Sprout后，你会有些不一样的想法，不妨感受一下：  
[https://www.usenix.org/system/files/conference/nsdi13/nsdi13-final113.pdf][https_www.usenix.org_system_files_conference_nsdi13_nsdi13-final113.pdf]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RvZzI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
虽说Sprout是一个双边的方案，但与以往各种算法不同的是，它是基于分布的，确保90%的情况下，数据在queue排队时间不超过10ms，所有的计算均以逼近此约束为目标，在连续的计算结果允许的窗口内发送数据。这才是真正的拥塞控制，和吞吐，时延抖动，丢包恢复完全无关。

事实上，吞吐的测量，时延抖动，丢包等等均是判定拥塞的手段，各种算法均以这类手段来判断是否发生了拥塞，从而调整拥塞窗口，包括BBR也不例外。

Sprout直接以控制拥塞为目标(显然，保持数据包排队时间维持在10ms内，就相当于控制了拥塞)，并且保持向目标逼近。那么目标从哪里来？目标可以是算出来的，也可以是对端反馈的。显然，对于Sprout而言，目标是对端反馈的。

现在我们来看另一个类似的，也是直接向目标逼近的算法，但这次并没有对端反馈，需要自己算，这是一个单边算法，即Remy。

Remy以在合理分配带宽的约束下最优的带宽利用率为目标，然后用一个简陋的机器学习过程逼近这个目标，虽然简陋但却五脏俱全：  
[https://github.com/tcpexmachina/remy][https_github.com_tcpexmachina_remy]

很多人把好的TCP拥塞控制算法当作TCP加速的措施，或者反过来。但这是不对的，他们忽略公平性。

从Reno时代开始直到BBR，所有拥塞控制算法的核心目标都是公平而不是效率，你会看到Reno只是一个兜底的收敛算法，对带宽利用率豪无保证，甚至50%都达不到，所有基于AIMD的算法都是无法兼顾效率的。BBR可以说是第一个以提高带宽利用率的MIMD算法，但以为它是MIMD，因此无法兼顾公平性，上周我写过一篇分析：  
[https://blog.csdn.net/dog250/article/details/118627070][https_blog.csdn.net_dog250_article_details_118627070]

Sprout我没有实际分析，但Remy不同，从Remy的算法过程可以看出它是完全兼顾公平和效率的，我想部署实测下，结果又回到了本文开头的框架问题，作罢！

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浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。

[https_www.usenix.org_system_files_conference_nsdi13_nsdi13-final113.pdf]: https://www.usenix.org/system/files/conference/nsdi13/nsdi13-final113.pdf
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[https_github.com_tcpexmachina_remy]: https://github.com/tcpexmachina/remy
[https_blog.csdn.net_dog250_article_details_118627070]: https://blog.csdn.net/dog250/article/details/118627070