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tcpwestwood演算法

發布時間:2023-06-06 10:27:22

⑴ 擁塞演算法

基於包丟失檢測的 Reno、NewReno 或者 cubic 為代表,其主要問題有 Buffer bloat 和長肥管道兩種。和這些演算法不同,bbr 演算法會以時間窗口內的最大帶寬 max_bw 和最小 RTT min_rtt,並以此計算發送速率和擁塞窗口

RTProp : round-trip propagation time BtlBW : bottleneck bandwidth,bbr 演算法關於擁塞窗口的核心就是計算 BtlBW 和 RTprop,根據這兩者值計算 BDP

bbr 演算法輸出 pacing_rate 和 cwnd 兩個數據。pacing_rate 決定發包速率,cwnd 為窗口大小

TCP Tahoe 和 Reno

這兩個演算法是根據其第一次加入到4.3BSD的時間回溯命名的,兩個名字對應自其第一次出現時BSD的代號,而代號分別取自太浩湖(Lake Tahoe)和其附近的城市裡諾市

• Tahoe:如果收到三次重復確認——即第四次收到相同確認號的分段確認,並且分段對應包無負載分段和無改變接收窗口——的話,Tahoe演算法則進入快速重傳,將慢啟動閾值改為當前擁塞窗口的一半,將擁塞窗口降為1個MSS,並重新進入慢啟動階段

• Reno:如果收到三次重復確認,Reno演算法則進入快速重傳,只將擁塞窗口減半來跳過慢啟動階段,將慢啟動閾值設為當前新的擁塞窗口值,進入一個稱為「快速恢復」的新設計階段

Fast recovery

是Reno演算法新引入的一個階段,在將丟失的分段重傳後,啟動一個超時定時器,並等待該丟失分段包的分段確認後,再進入擁塞控制階段。如果仍然超時,則回到慢啟動階段

TCP Vegas

至1990年代中期,TCP量度延遲和RTT都是以傳輸緩存中最後一個被傳送的分段包為准。vegas通過度量傳輸緩存中每個傳送分段包來代替只量度一個分段包,通過每次度量的平均值來增加擁塞窗口。該演算法取名自內華達州最大的城市拉斯維加斯。不過由於一些資源公平性原因,該演算法並沒有在彼得森的實驗室之外廣泛部署。一些研究認為該演算法和其他擁塞演算法混合使用,可能會導致性能競爭不及其他演算法。在各種TCP擁塞演算法的比較研究中,Vegas被認為是最平滑的控制演算法,其次為CUBIC

TCP New Reno

TCP New Reno是對TCP Reno中快速恢復階段的重傳進行改善的一種改進演算法,其定義於RFC 6582,覆蓋了原有在RFC 3782和RFC 2582的舊定義。

在Reno的快速恢復中,一旦出現3次重復確認,TCP發送方會重發重復確認對應序列號的分段並設置定時器等待該重發分段包的分段確認包,當該分段確認包收到後,就立即退出快速恢復階段,進入擁塞控制階段,但如果某個導致重復確認的分段包到遇到重復確認期間所發送的分段包存在多個丟失的話,則這些丟失只能等待超時重發,並且導致擁塞窗口多次進入擁塞控制階段而多次下降。而New Reno的快速恢復中,一旦出現3次重復確認,TCP發送方先記下3次重復確認時已發送但未確認的分段的最大序列號,然後重發重復確認對應序列號的分段包。如果只有該重復確認的分段丟失,則接收方接收該重發分段包後,會立即返回最大序列號的分段確認包,從而完成重發;但如果重復確認期間的發送包有多個丟失,接收方在接收該重發分段後,會返回非最大序列號的分段確認包,從而發送方繼續保持重發這些丟失的分段,直到最大序列號的分段確認包的返回,才退出快速恢復階段。

New Reno在低錯誤率時運行效率和「選擇確認」(Selective ACKnowledgement,SACK)相當,在高錯誤率仍優於Reno

TCP Hybla

TCP Hybla旨在消除由於高延遲地面線路或者衛星無線鏈路下導致的RTT過長而對TCP鏈接的影響。它通過對擁塞窗口動態分析來修改,來減少對RTT的性能依賴

TCP BIC 和 CUBIC

TCP BIC(Binary Increase Congestion control)旨在優化高速高延遲網路(即根據RFC 1072所定義的「長肥網路」(long fat network,LFN))的擁塞控制,其擁塞窗口演算法使用二分搜索演算法嘗試找到能長時間保持擁塞窗口最大值的值。Linux內核在2.6.8至2.6.18使用該演算法作為默認TCP擁塞演算法。

CUBIC則是比BIC更溫和和系統化的分支版本,其使用三次函數代替二分演算法作為其擁塞窗口演算法,並且使用函數拐點作為擁塞窗口的設置值。Linux內核在2.6.19後使用該演算法作為默認TCP擁塞演算法

TCP Westwood和Westwood+

TCP Westwood改良自New Reno,不同於以往其他擁塞控制演算法使用丟失來測量,其通過對確認包測量來確定一個「合適的發送速度」,並以此調整擁塞窗口和慢啟動閾值。其改良了慢啟動階段演算法為「敏捷探測(Agile Probing)」,和設計了一種持續探測擁塞窗口的方法來控制進入「敏捷探測」,使鏈接盡可能地使用更多的帶寬。Westwood+使用更長的帶寬估計間隔和優化的濾波器來修正Westwood對ACK壓縮場景對帶寬估計過高的問題。通過以上改良,TCP Westwood系列演算法在有線網路和無線網路的擁塞控制上獲取平衡,尤其研究中針對於無線通信網路上

Compound TCP

復合TCP(Compound TCP)是微軟自己實現的TCP擁塞控制演算法,通過同時維護兩個擁塞窗口,來實現在長肥網路有較好的性能而又不損失公平性。該演算法在Windows Vista和Windows Server 2008開始廣泛部署,並通過補丁的方式回溯支持到Windows XP和Windows Server 2003。在Linux上也有一個舊版本的移植實現

TCP PRR

TCP PRR(TCP Proportional Rate Rection )是旨在恢復期間提高發送數據的准確性。該演算法確保恢復後的擁塞窗口大小盡可能接近慢啟動閾值。在Google進行的測試中,能將平均延遲降低3~10%,恢復的超時減少5%。PRR演算法之後作為Linux內核3.2版本的默認擁塞演算法

TCP BBR

TCP BBR(Bottleneck Bandwidth and Round-trip propagation time)是由Google設計,於2016年發布的擁塞演算法。以往大部分擁塞演算法是基於丟包來作為降低傳輸速率的信號,而BBR則基於模型主動探測。該演算法使用網路最近出站數據分組當時的最大帶寬和往返時間來創建網路的顯式模型。數據包傳輸的每個累積或選擇性確認用於生成記錄在數據包傳輸過程和確認返回期間的時間內所傳送數據量的采樣率。該演算法認為隨著網路介面控制器逐漸進入千兆速度時,與緩沖膨脹相關的延遲相比丟包更應該被認為是識別擁塞的主要決定因素,所以基於延遲模型的擁塞控制演算法(如BBR)會有更高的吞吐量和更低的延遲,可以用BBR來替代其他流行的擁塞演算法,例如CUBIC

QUIC Quick UDP Internet Connections

QUIC旨在提供幾乎等同於TCP連接的可靠性,但延遲大大減少。它主要通過兩個理解HTTP流量的行為來實現這一點:

第一個變化是在連接創建期間大大減少開銷。由於大多數HTTP連接都需要TLS,因此QUIC使協商密鑰和支持的協議成為初始握手過程的一部分。 當客戶端打開連接時,伺服器響應的數據包包括將來的數據包加密所需的數據。

QUIC使用UDP協議作為其基礎,不包括丟失恢復。相反,每個QUIC流是單獨控制的,並且在QUIC級別而不是UDP級別重傳丟失的數據。這意味著如果在一個流中發生錯誤,協議棧仍然可以獨立地繼續為其他流提供服務

QUIC包括許多其他更普通的更改,這些更改也可以優化整體延遲和吞吐量

每個數據包是單獨加密的,因此加密數據時不需要等待部分數據包。 在TCP下通常不可能這樣做,其中加密記錄在位元組流中,並且協議棧不知道該流中的更高層邊界。這些可以由運行在更上層的協議進行協商,但QUIC旨在通過單個握手過程完成這些

QUIC的另一個目標是提高網路切換期間的性能,例如當移動設備的用戶從WiFi熱點切換到移動網路時發生的情況。 當這發生在TCP上時,一個冗長的過程開始了:每個現有連接一個接一個地超時,然後根據需要重新創建。期間存在較高延遲,因為新連接需要等待舊連接超時後才會創建。 為解決此問題,QUIC包含一個連接標識符,該標識符唯一地標識客戶端與伺服器之間的連接,而無論源IP地址是什麼。這樣只需發送一個包含此ID的數據包即可重新創建連接,因為即使用戶的IP地址發生變化,原始連接ID仍然有效

QUIC在應用程序空間中實現,而不是在操作系統內核中實現。當數據在應用程序之間移動時,這通常會由於上下文切換而調用額外的開銷。 但是在QUIC下協議棧旨在由單個應用程序使用,每個應用程序使用QUIC在UDP上託管自己的連接

Chromium的網路堆棧同時打開QUIC和傳統TCP連接,並在QUIC連接失敗時以零延遲回退到TCP連接

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