BBR算法中轮数计算方法

        轮数在拥塞算法中是一个重要的概念，基于丢包的拥塞算法中，比如reno算法在拥塞避免阶段，每轮进行一次拥塞窗口加1，bic算法也是每轮进行一次拥塞窗口增加，只是增加的幅度不同，而基于时延的拥塞算法，如vegas算法，检测出一轮内的最小rtt_us值，与rtt_min对比推断得到当前网络的数据包排队的情况。这些例子中可以看出，对于算法的实现都需要考虑轮数的统计。

        那算法是如何计算轮数的呢？主要分为三种，一种形如reno，bic这类算法中，轮数的计算建立在 某一轮能发送snd_cwnd个数据包，当累计了snd_cwnd个数据包确认，就为一轮结束。算法中有个snd_cwnd_cnt变量用来累计当前轮已经收到了多少的数据包确认，当该值大于等于拥塞窗口snd_cwnd，就认为一轮结束了。

以reno为例，w为控制增窗的频率快慢，reno中等于snd_cwnd

   void tcp_cong_avoid_ai(struct tcp_sock *tp, u32 w)

   {

        if (tp->snd_cwnd_cnt >= w) { //累计了snd_cwnd个ack数据包

            if (tp->snd_cwnd < tp->snd_cwnd_clamp)//未超过申明的最大窗口值

                tp->snd_cwnd++;

             tp->snd_cwnd_cnt = 0; //累计ack个数清零

         } else {//累计ack个数

            tp->snd_cwnd_cnt++;

        }

}

        第二类，如vegas这种基于时延的拥塞算法中，用序列号进行区分，记录某一轮的起始点对应的snd_nxt，当snd_nxt所对应的数据包没有发生重传，被接收端ack确认的时间即为一个rtt，也就是一轮，如下图所示，数据包a被ack确认时，只有线段SEQ1以上的数据包是之后发送的，当这区间某个数据包被ack确认，说明已经经过了一轮rtt，新一轮中，只有线段SEQ2以上的数据包是之后发送的。

以vegas算法为例，

if (after(ack, vegas->beg_snd_nxt)) {

    /* Do the Vegas once-per-RTT cwnd adjustment. */

    /* Save the extent of the current window so we can use this

    * at the end of the next RTT.

    */

    vegas->beg_snd_nxt  = tp->snd_nxt;

    ...

}

        第三种就是bbr算法中所使用的轮数计算方法，用时间来区分，每个数据包发送都记录当前交付到对端的数据包个数delivered，某一时刻T为一轮的起始点，对应的交付到对端个数为D，时间小于T的记录的delivered都小于D，之后发送的数据包记录的delivered都大于等于D，当接收端收到ack(sack)数据包对应发送的delivered大于等于D，说明T时刻之后发送的数据包至少有个一到达了接收端，即经过了一轮RTT。

        如上图所示，时刻T1所对应的tp->delivered 为D，那时刻T1右侧发送的数据包都是之后发送的，记录prior_delivered都大于等于D，当两个重传数据包被ack确认时，其对应的prior_delivered都为D，说明T1时刻之后发送的两个数据包经过一个RTT传输已经被接收，已经经过了一轮，开始了新一轮，而此时tp->delivered为D+2，之后发送的数据包记录的prior_delivered都大于等于D+2，当收到ack确认的数据包记录的prior_delivered大于等于D+2，说明时间已经又过了一轮，新一轮已经开始。

/* See if we've reached the next RTT */

if (!before(rs->prior_delivered, bbr->next_rtt_delivered)) {

    bbr->next_rtt_delivered = tp->delivered;

    bbr->rtt_cnt++;

    bbr->round_start = 1;

    ...

}

rs->prior_delivered就为每个ack(sack)确认的包发送时记录的tp->delivered值，当其大于等于某一轮起始的delivered值，就为新一轮开始。

        这三种不同的方法，bic算法中这样处理是由于比如窗口每轮增加5个包，并不是一轮结束后窗口加5，而是每经过1/5的窗口值就进行拥塞窗口加1的操作。vegas算法中，需要统计一轮内最小rtt_us，需要知道某一轮的起始和结束点，定期的重置当前轮内追踪到的最小rtt_us以及调整窗口值。然而，BBR算法不仅负责拥塞避免阶段的发包，而且还接管了拥塞丢包状态下发包行为，而vegas算法中的轮数计算只能用于不丢包的open/disorder状态，假设某个时刻发生大面积丢包，拥塞窗口骤降，需要经过两三轮的重传才能重传完毕，才能推进snd_una，进而更新轮数。这对BBR来说是非常不合适了，因为已经拥塞丢包了，网络状况很有可能已经变差了，而这时却因为计算出来的轮数偏小，不能及时的更新最大带宽值，进而延迟了网络处于拥塞的状态时间。