TCP BIC 拥塞控制源码分析

最新推荐文章于 2025-02-13 00:15:00 发布

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本文深入探讨了BIC算法在TCP协议带宽估计中的应用，通过二分查找技术准确快速地估计带宽。分析了BIC算法在不同场景下的探测逻辑，并详细解释了其核心参数的意义及作用。

1、对于TCP协议数据传输优化来说最大的难点就在于物理带宽的估计，网络的复杂性决定了拥塞控制算法作用的有限性和Linux内核支持的拥塞控制算法（reno、newreno、hybla、bic、cubic、westwood、vegas、yeah等）的多样性，只有准确的带宽估计才能够充分的利用带宽，所以当前的主要难点是带宽估计。

2、BIC 主要用来解决高速大延时网络（High-speed networks with large delays）的带宽估计问题。

3、BIC算法其实是看透了带宽探测、估计的过程，所以其使用了二分查找技术来准确、快速的估计带宽。

BIC二分查找逻辑分析：

如上图，横轴是last_max_cwnd，意义是上次丢包时预估的带宽值，这个值将对下一轮的带宽估计起着关键影响，纵坐标是snd_cwnd，这幅图描述的是BIC在拥塞避免阶段的snd_cwnd调节。

带宽逼近过程（snd_cwnd < last_max_cwnd）：

1、dist = last_max_cwnd - snd_cwnd：

2、dist < A，snd_cwnd快逼近带宽值预估值了，snd_cwnd的探测速度要放慢，否则可能会出现丢包。

3、A < dist < B，那么此时应该将snd_cwnd探测速度调节到适中值。

4、dist > B，snd_cwnd离last_max_cwnd距离很远，需要加快它的探测速度。

新带宽探测过程(snd_cwnd > last_max_cwnd)：

1、dist = last_max_cwnd - snd_cwnd：

2、如果 dist < C，那么需要慢速探测；

3、如果 C < dist < D，那么中速探测；

4、如果 dist > D，那么应该快速探测。

/* BIC TCP Parameters */
struct bictcp {
	u32	cnt;		/* increase cwnd by 1 after ACKs */
	u32 	last_max_cwnd;	/* last maximum snd_cwnd */
	u32	loss_cwnd;	/* congestion window at last loss */
	u32	last_cwnd;	/* the last snd_cwnd */
	u32	last_time;	/* time when updated last_cwnd */
	u32	epoch_start;	/* beginning of an epoch */
#define ACK_RATIO_SHIFT	4
	u32	delayed_ack;	/* estimate the ratio of Packets/ACKs << 4 */
};

   u32cnt; /* increase cwnd by 1 after ACKs */

用来记录进入拥塞避免状态后，需要接收到多少个ACK才能出发snd_cwnd + 1。

   u32  last_max_cwnd;/* last maximum snd_cwnd */

丢包的时候，BIC需要选取一个snd_cwnd值作为二分查找的上限值，如果当前二分查找的带宽值大于上一次丢包记录的last_max_cwnd那么last_max_cwnd更新为当前的snd_cwnd，否则为0.9 * snd_cwnd，关于这个问题其实很好理解，如果当前探测到的带宽值比设定的二分阈值小，那么说明当前带宽比之前预计的带宽要小，所以下次预测带宽值要缩小，缩小为原来的0.9倍。

   u32 loss_cwnd; /* congestion window at last loss */

用来记录丢包时的拥塞窗口值。

   u32 last_time;/* time when updated last_cwnd */

用来记录最近一次拥塞避免阶段snd_cwnd调节的timestamp，如果多次进入时间差很小那么只会调节一次，避免频繁的调节。

   u32	epoch_start;	/* beginning of an epoch */

用来记录计入拥塞避免状态的timestamp，这个变量在BIC拥塞控制算法具体实现中，没有太大意义。

<span style="font-size:14px;">   </span><span style="font-size:18px;">u32	delayed_ack;	/* estimate the ratio of Packets/ACKs << 4 */</span>

用来记录延时ACK的个数，BIC考虑的延时ACK对带宽估计的影响。

/*
 * Compute congestion window to use.
 */

static inline void bictcp_update(struct bictcp *ca, u32 cwnd)
{
	if (ca->last_cwnd == cwnd &&
	    (s32)(tcp_time_stamp - ca->last_time) <= HZ / 32)
		return;

	ca->last_cwnd = cwnd;
	ca->last_time = tcp_time_stamp;

	if (ca->epoch_start == 0) /* record the beginning of an epoch */
		ca->epoch_start = tcp_time_stamp;

	/* start off normal */
	if (cwnd <= low_window) {
		ca->cnt = cwnd;
		return;
	}

	/* binary increase */
	if (cwnd < ca->last_max_cwnd) {
		__u32 	dist = (ca->last_max_cwnd - cwnd)
			/ BICTCP_B;

		if (dist > max_increment)
			/* linear increase */
			ca->cnt = cwnd / max_increment;
		else if (dist <= 1U)
			/* binary search increase */
			ca->cnt = (cwnd * smooth_part) / BICTCP_B;
		else
			/* binary search increase */
			ca->cnt = cwnd / dist;
	} else {
		/* slow start AMD linear increase */
		if (cwnd < ca->last_max_cwnd + BICTCP_B)
			/* slow start */
			ca->cnt = (cwnd * smooth_part) / BICTCP_B;
		else if (cwnd < ca->last_max_cwnd + max_increment*(BICTCP_B-1))
			/* slow start */
			ca->cnt = (cwnd * (BICTCP_B-1))
				/ (cwnd - ca->last_max_cwnd);
		else
			/* linear increase */
			ca->cnt = cwnd / max_increment;
	}

	/* if in slow start or link utilization is very low */
	if (ca->loss_cwnd == 0) {
		if (ca->cnt > 20) /* increase cwnd 5% per RTT */
			ca->cnt = 20;
	}

	ca->cnt = (ca->cnt << ACK_RATIO_SHIFT) / ca->delayed_ack;
	if (ca->cnt == 0)			/* cannot be zero */
		ca->cnt = 1;
}