深度解析TCP，BBR技术

很多朋友对深度解析TCP，BBR技术不是很了解，六月小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

今天推荐一篇对TCP BBR技术分析非常透彻的文章。希望你能学到一些真正的知识，了解其背后的设计原理，这样才能应对各种面试和工作挑战！

宏观背景下的BBR

20世纪80年代的拥塞崩溃导致了20世纪80年代拥塞控制机制的释放。从某种意义上来说，这是一种诡计多端的策略。针对20世纪80年代的拥塞问题，提出了1980年代的拥塞控制算法，即ss、ssthresh、congestionvoid这些。

说实话，这些机制完美地适应了20世纪80年代网络的特点，低带宽、浅缓存队列，并且美感一直延续到2000年代。

随后互联网爆炸式增长，多媒体应用特别是图片、音频和文章应用需要带宽急剧增加，摩尔定律使存储设施变得更便宜，路由器队列和缓存急剧增加。这就是BBR诞生的背景。也就是说，80年代的CC已经不适用了，2010年代还需要另外一招。

如果说上一次80年代的CC是为了收敛，那么这一次的BBR则是为了性能最大化，E，至少我个人是这么认为的，这也符合BBR提高带宽利用率的初衷！

插入gif 图像：

文本开始

国庆前，看到了bbr算法，发现这是唯一正确的方法（可能有点夸张，但至少是一个通向正路的起点！），于是花了点时间研究了一下，包括它的补丁说明、补丁代码，以及亲自移植到低版本内核的bbr补丁。在这个过程中，我也有了一些想法。作为备忘，我整理了一篇文章，记录如下。时隔多年，再看TCP bbr算法的数据，我的记录可以算得上是中文界少有的第一个吃螃蟹的记录了，够了！

正文之前先给出本文的图例：

BBR的组成

bbr算法其实很简单，实现上由5部分组成：

BBR的组成

1、即时费率计算

计算一个瞬时带宽bw，它是所有bbr计算的基准。 bbr 将根据当前即时带宽及其管道状态（见下文）计算起搏速率和cwnd（见下文）。正如我们稍后将看到的，这一瞬间带宽计算方法的突破性改进是bbr 的简单性和高效性的根源。计算方案按照标量计算，不再关注数据的含义。 bbr运行过程中，系统会跟踪迄今为止的最大瞬时带宽。

2.RTT追踪

bbr之所以能够获得非常高的带宽利用率，是因为它能够以非常安全、无约束的方式检测带宽的最大值和rtt的最小值。这样算出的BDP就是目前为止TCP管道的最大容量。 bbr的目标就是达到这个最大容量！这个目标最终驱动了cwnd的计算。 bbr运行期间，系统会跟踪迄今为止的最小RTT。

3、BBR状态机的维护

bbr算法根据互联网的拥塞行为，具体定义了4种状态，分别是STARTUP、DRAIN、PROBE_BW、PROBE_RTT。通过不断观察上面计算出的瞬时带宽bw和rtt，bbr可以在这四种状态之间自由切换。与之前所有的拥塞控制算法相比，其革命性的改进在于bbr拥塞算法不再跟踪系统状态机的TCP拥塞情况，而旨在统一处理pacingrate和cwnd的计算，无论是否当前TCP处于Open状态或者Disorder状态，或者已经处于Recovery状态。也就是说，bbr算法感觉不到丢包，它能看到的只是bw和rtt！

4.结果输出——pacingrate和cwnd

首先必须要说的是，bbr的输出不仅仅是一个cwnd，更重要的是pacingrate。传统意义上的cwnd是TCP拥塞控制算法的唯一输出，但它只规定了当前TCP最多可以发送多少数据，并没有规定如何发送这么多数据。在Linux的实现中，如果发送这么多数据呢？简单粗暴，炸裂！在忽略接收端通知窗口的前提下，Linux会爆出cwnd窗口中的所有数据，而这往往会造成路由器的排队。在队列较深的情况下，rtt会被测得剧烈波动。

bbr在计算cwnd的同时，也计算出一个与其适配的pacing rates。调步速率指定cwnd指示的数据窗口的数据包之间发送出去的时间间隔多长时间。

5.使用其他外部机制——fq、rack等。

bbr之所以能够高效运行并且如此简单，是因为很多机制不是自己实现的，而是利用了外部现有的机制，比如为什么在计算带宽bw时可以这么放心，这将在下一节中解释。重传的数据也被计算在内。

带宽计算细节和状态机

1. 即时带宽计算

bbr作为一种纯粹的拥塞控制算法，完全忽略了系统层面的TCP状态。计算带宽时，只需要两个值：

1）。回答了多少数据，并记录为交付的数据；

2）。答1）发送这么多数据所花费的时间记录为interval_us。

将以上两者相除即可得到带宽：

bw=已交付/interval_us

很简单的！上述计算完全是标量计算，并且只关注数据的大小，而不关注数据的含义。比如在delivered的集合中，bbr并不关心某个响应是否是重传后的ACK确认，正常的ACK确认

以上知识分享希望能够帮助到大家！