比例速率降低——TCP丢包恢复算法

TCP CUBIC正逐渐成为Linux内核中的默认传输协议。此外，用于避免拥塞的速率减半技术也正在成为Linux内核中的默认实现方式。 所以，这两者之间存在不匹配的情况。 因为“速率减半”政策对TCP Reno、Tahoe以及NewReno来说都是有益的。 对于那些在发生数据包丢失时能够将传输速率降低一半的TCP协议来说，这种做法是非常有效的。 不过，TCP Cubic能够将cwnd减少30%。与其他TCP协议相比，TCP Cubic具有这样的优势。 因此，Rate Halving和CUBIC无法作为默认设置被集成到Linux内核中。 这正是谷歌的动机所在。他们发明了一种新的算法，名为“比例速率降低算法”。 这一点在RFC 6937中有详细说明。

比例性减载：

PRR通过一些公式来计算在收到ACK信号时需要发送的新数据包的数量。为了描述这些公式，我们创造了一些新的术语。这些新术语如下：

1. sndcnt（读作“发送计数”）：指的是在收到DUPACK时需要发送的数据量。这指的是在收到新的ACK时，发送方需要发送的新数据包数量。与Fast Recovery不同的是，这个数值并不等于2；而且与Rate Halving不同的是，它不会在收到两个DUP-ACK时发送1个新数据包。它可以根据某个公式计算出应该发送的新数据包的数量。

2. RecoverFS：在回收阶段开始时，管道的价值

3. 已送达：在恢复阶段期间传输的数据量。这指的是自恢复阶段开始以来，已经传输给接收方的累计数据量。这一数值相当于在恢复阶段期间接收到的DUP-ACK信号的数量。在恢复阶段之前传输了多少数据包并不重要。只有那些在数据包丢失之后才被传输的数据包才被计入统计范围内。

4. prr_out:在恢复阶段所传输的数据量。这指的是，当发送方进入恢复阶段后，它发送的新数据包的总数量。

5. 已传输的数据：通过ACK数据包所指示的数据量来表示（可以参考序列号）。不要将其与“prr_delivered”混淆。DeliveredData表示由DUP_ACK机制传输的数据包数量。如果ACK数据包的到达顺序混乱，那么DeliveredData的值可以是1或更多。

6. 限制/界限数据发送限制（由PRR算法计算得出）。这可以视为一个阈值。该数值被用于公式中，并在中间步骤中被计算出来。

7. MSS:最大段大小。这指的是一个段的典型大小。由于我们将所有术语都视为一段，因此MSS的值就为1。

比例减载模式：

比例减载法有两种模式，具体如下所示：

1. 保守约简界限（Conservative Reduction Bound, CRB）
2. 慢启动减少边界（Slow Start Reduction Bound，简称SSRB）[这一功能在Linux系统中默认是启用的]

我们一次只能使用一种模式，两种模式无法同时被使用。

PRR的工作原理：

当恢复阶段开始时，管道值会大于cwnd。但是，也有可能出现这种情况：由于SACK机制的原因，数据包丢失了，此时管道值就会小于cwnd。PRR算法会针对这些不同的情况采取不同的处理方式。

案例1：PRR（情况：管道 > ssthresh）

当发送方进入恢复阶段时：

pipe = 10 segments, 
RecoverFS = 10 segments
ssthresh = 7 segments,

cwnd是通过PRR来计算得出的。

cwnd = pipe + sndcnt
sndcnt = CEIL(p_d * ssthresh / RecoverFS) - p_o, {p_d=prr_delivered, p_o=prr_out}

步骤1一个DupACK的实例，其参数如下：pipe=10-1=9，p_d=1，p_o=0。（管道数量减少了1个）DupACK表示，已经交付了1个数据包。所以，p_d = 1目前还没有发送任何新的数据包，所以……p_o=0

sndcnt= CEIL(1*7/10)-0 = CEIL(0.7)-0 = 1
sender sends one new packet and pipe becomes =9+1=10 again.

步骤2有一个DupACK，其参数如下：pipe=10-1=9，p_d=2，p_o=1。（管道数量减少了1个。）DupACK表示，有一包货物已经送达了。p_d = 2 （累积的）又发送了一个新的数据包。所以，p_o=1.

sndcnt= CEIL(2*7/10)-1 = CEIL(1.4)-1= 1
sender sends one new packet and pipe becomes 9 + 1 = 10 again.

事情就是这样继续下去的。

实施：

以下是针对案例1的代码实现：

// pipe > cwnd, PRR// PRR，情况1#include<bits/stdc++.h>使用命名空间标准;// 实用函数无效/无意义prr(浮点数管道,浮点数cwnd,浮点数recoverFS,浮点数ssthresh){整数i;浮点数已送达=0,prr_out=0,snd_cnt;为了(i=1;;i++){// 收到了一个DUP-ACK响应。管道-=1;// 终止条件。if(管道<ssthresh)打破/中断;// 计算cout<<“迭代”<<i<<=><<“管道 = “<<管道;已送达=i;cout<<p_d=<<已送达;snd_cnt=天花板/最高值(已送达*ssthresh/recoverFS)-prr_out;cout<<snd_cnt= “<<snd_cnt;cout<<p_o=<<prr_out<<"\n";prr_out+=snd_cnt;cwnd=管道+snd_cnt;管道=cwnd;}}// 主函数整数主要/核心(){浮点数管道,cwnd,recoverFS,ssthresh;管道=10;ssthresh=7;cwnd=管道;recoverFS=管道;prr(管道,cwnd,recoverFS,ssthresh);}

Iteration 1 => pipe= 9 p_d= 1 snd_cnt= 1 p_o= 0
Iteration 2 => pipe= 9 p_d= 2 snd_cnt= 1 p_o= 1
Iteration 3 => pipe= 9 p_d= 3 snd_cnt= 1 p_o= 2
Iteration 4 => pipe= 9 p_d= 4 snd_cnt= 0 p_o= 3
Iteration 5 => pipe= 8 p_d= 5 snd_cnt= 1 p_o= 3
Iteration 6 => pipe= 8 p_d= 6 snd_cnt= 1 p_o= 4
Iteration 7 => pipe= 8 p_d= 7 snd_cnt= 0 p_o= 5
Iteration 8 => pipe= 7 p_d= 8 snd_cnt= 1 p_o= 5
Iteration 9 => pipe= 7 p_d= 9 snd_cnt= 1 p_o= 6
Iteration 10 => pipe= 7 p_d= 10 snd_cnt= 0 p_o= 7

案例2：PRR（情况：管道长度≤ssthresh，且SSRB满足条件）

当恢复阶段开始时：

pipe = 4 segments
RecoverFS = 10 segments
ssthresh = 5 segments

cwnd是通过PRR来计算得出的。