TCP 拥塞状态机演进

下面是 TCP 拥塞状态机：

但它只是冰山一角，这只是 loss-based 状态机，实现一个完全的 delay-based cc 就对不上这个状态机。

该状态机来自 RFC5681，源自 RFC2581，RFC2001，大概在 1990 年代，loss-based 就是范雅各布森(Van Jacobson) 1988 年拥塞控制版本的直接描述。

Linux kernel TCP 在独立的拥塞控制模块之上内置上述状态机，这意味着 Linux kernel TCP vegas 等 delay-based cc 并不完备，依然无条件以 reno 方式响应丢包。

幸运的是，BBR 后 Linux TCP cc 框架导出了 cong_control 回调足以绕开该 loss-based 拥塞状态机，实现 cong_control 回调重写 vegas 即可实现完整的 delay-based cc。

重传和 loss 紧密关联，绕开该拥塞状态机是解除重传和 cc 之间的耦合的关键。随着 TCP 拥塞控制的演化迭代，无论标准上还是在实现上，解耦重传和 cc 的过程一直在进行。

简单描述这过程。

如拥塞状态机所示重传和 cc 之间的胶合主要在于传输状态如何影响 cwnd，背后是不同兑换比的数据包守恒：

• 兑换比大于 1：Open 状态(如拥塞避免的 additive increase，BBR probe)
• 兑换比等于 1：收到几个 (S)ACK 发出几个 Data，如 BBR 丢包状态
• 兑换比小于 1：Recovery 状态(如快速重传的 PRR multiplicative decrease）

理论上，cc 只管 when & how much，重传只管 what，二者无关联，但内置拥塞状态机实现让二者不得不胶合。

一旦检测到丢包，拥塞状态机转换，cwnd 变小，即使确认非拥塞丢包，依然要忍受小 cwnd，更严重的是，一旦 cwnd 变小，rate-based cc 几乎无法运行，因为没有足够 data 支撑 delivery rate 测量。

由于 loss-based 拥塞状态机的假设是拥塞引发丢包，在 Recovery 状态无条件谨慎，导致丢包重传状态更容易跌入兜底 Loss 状态。

为避免过多跌入 Loss 状态，TCP 标准沿以下路径迭代：

• reno：一次多个丢包很容易导致 ACK 时钟丢失，跌入 Loss。
• SACK：解决丢包检测问题，可重传多个包，但小于 reordering 个 SACK 不会触发重传，且每个 Lost 包只能重传一次，不然还会跌入 Loss。
• FACK：不再依赖 reordering 个 SACK，取 seq 序，但在 Recovery 依然只有一次重传机会。
• RACK：不再取 seq 序，改取时间序，可为每个报文登记 xmit time，在 Recovery 重传次数不再受限。
• Next？我觉得 RACK 可以覆盖 Loss 了，TCP 甚至不再需要为 timeout 保留单独的 Loss 状态。

在实现上，TCP 也逐步迭代，导出 cong_control 回调解放了 cc，可在 Recovery 状态自行管理 cwnd。

TCP 标准不断为 Recovery 状态准备更多可供发送的数据，TCP 实现也逐步摆脱 loss-based 假设。如果看 Linux kernel TCP 的实现，6.1 的 TCP 实现比 3.10 更简单，印证如上所述。与此前的 TCP 相比，更新的实现：

• scoreboard 管理更简单，废除 forward-retrans。
• seq reordering 被 RACK 废除，内置于时间序。

是不是精简了很多。

总体来讲，“为 Recovery 状态准备更多可供发送的数据” 这件事除了标准演进之外，各种增补优化也一直在努力，如典型的 early retrans 为 thin stream 放宽了 fast retransmit 触发条件，而 tail loss probe(TLP) 则在尾部增加触发 fast retransmit 的弹药(这会儿没新数据可供传输，片刻后就有了呢，尽量用新数据触发 SACK 信息的带回)。

漫长的一周终于结束，聊一下 RFC5681 TCP 拥塞状态机的演进。

浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。