tcp inflight 守恒算法的自动收敛

inflight 守恒算法看起来只描述理想情况,现实很难满足,是这样吗?

从 reno 到 bbr,无论哪个算法都在描述理想情况,以 reno 和 bbr 两个极端为例,它们分别描述两种理想管道,reno 将 buffer 从恰好的 0 塞到满而保持对带宽 100% 利用,而 bbr 则通过寻求维持在 buffer 恰好为 0 的状态保持对带宽 100% 的利用,它们分别是范雅各布森管道和 bbr 管道。

它们从一开始的注意力就没有集中在多流共享 buffer 的拉扯场景,都试图在算法中附加公平,或者在算法外补充公平性,从范雅各布森管道的原始论文以及 bbr 原始论文中都找不到最初的公平性约束。而 inflight 守恒算法的公平性是内置的,如果不存在一条以上的流,算法甚至可以缩短到两行代码以内,因为 E = bw / srtt,当然 buffer 为 0,E 最大,这个单流效果和复杂到爆的 bbr 竟然一致。

一旦涉及多流,bbr 单流不排队约束就无能为力,而 reno 的公平性表现却好得多,但还是主动公平,这显然是拉扯的结果,我们需要一种自动的公平,in-flight 守恒算法显然就做得到。

多流情况下,从收敛图上看,本质上需要两种力量,一种力量将收敛点拉向 fair--line,一种力量将收敛点拉向原点。

先分别看下在 reno 和 bbr 中这两种力量是什么。

  • reno 拉向 fair-line 的力量:随时间流逝,两条流在 buffer 中的报文总量趋向接近,bw 按 buffer 占比分配;
  • reno 拉向原点的力量:流属 sender 检测到丢包后主动 multiplicative decrease;
  • bbr 拉向 fair-line 的力量:一方面 bw 小的流 probebw 加速比更大,另一方面 bw 大的流 probertt 减速比更大;
  • bbr 拉向原点的力量:probe 阶段后立即主动 drain 掉无效 inflight。

可见,都需要算法主动去做点什么才能产生这两种力量驱动算法收敛,既然主动去做就要有触发点作为依据,reno 依靠丢包事件,bbr 则依赖内置状态机,无论哪一种触发点都存在客观干扰,这些干扰作为信息不准的反作用力驱动收敛点偏离 fair-line 靠近原点的位置,效果即 reno 总在 fair-line 上做长程震荡(tcp 锯齿),bbr 则在 fair-line 一侧的小范围做无规则震荡。

inflight 守恒算法法则 2,进时适可而止,天然考虑他者,退时什么也不做,意味着一旦越过 fair-line,算法将失去动力进入滑翔状态,此时两条流均 "记住" 了自己的最佳 E,以此维持 inflight 守恒,并用余量中的负反馈抵消波动,余量作为阻尼器起作用。

以下图总结上面的话:

避开 bbr,说说 aimd-reno 和 inflight 守恒算法之比较。

如果用排队论经典的 queuing_delay-load 坐标曲线解释,aimd 顶着 buffer 彻底用,曲线下凸,而 inflight 守恒算法收着用,曲线上凸而向下闭合。

理论上 buff 无限假设,aimd 时延无限,现实中固定 buff,一直丢就要一直重传一直丢,只是用无穷大重传时延替代了无穷大排队时延,因此这种顶着用的策略必须执行 decrease,而 aimd 已经被控制论证明公平的。

而 inflight 守恒算法则假定固定大小 buffer,比如 30MB,然后考虑如何集约化尽可能少地使用这 30MB buffer,所谓集约化就是收着力的意思,并形成以下共识,寻找 30BM buffer 内最佳收益的占比,而不是寻求最大带宽,因此剩下的 buffer 则留给别人达到同样的目标。

浙江温州皮鞋湿,下雨进水不会胖。

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