[网络协议]基于丢包的TCP拥塞控制：从 Reno 到 Bic 与 Cubic

Reno

传统的TCP Reno算法有慢启动，拥塞避免，快速重传快速恢复阶段。

Reno算法存在的问题主要有：

• 受链路Buffer（缓冲区）影响很大。Buffer小于BDP会很容易丢包，速度一直上不去；Buffer太大会延迟严重，易发生超时重传。
• 对高带宽网络利用率低。CA阶段，每经过一个RTT拥塞窗口大小加1，收敛速度太慢。
• 对共享链路其他RTT较大的连接不友好。RTT小的连接会抢占带宽，不公平。

之后又对Reno算法一些细节进行改进诞生了New Reno算法、SASK算法。

后来又诞生了BIC算法。

Bic算法

BIC和CUBIC的慢启动、快速重传恢复阶段与Reno相同。

发生丢包时定义最大拥塞窗口为Wmax，采用乘性减减小拥塞窗口至Wmin，Wmax = β * Wmin，β为小于1的系数。此时实际最佳窗口值应该在Wmax和Wmin之间，此时BIC算法在这个区域采用二分搜索，每经过一个RTT，便将窗口设置到Wmax和Wmin的中点，如果没有丢包，则更新Wmin为当前cwnd值，一直持续到接近Wmax，直到二者之差小于Smin。

但是在一个RTT里面增长过多会造成传输上的抖动，因而BIC-TCP选取了另外取了两个参考值，称为Smax和Smin，如果中点和当前cwnd值的差大于Smax的话，那么cwnd就只增长Smax。

没有丢包情况下达到Wmax，说明链路发生变化，可用带宽更大，就需要快速抢占带宽测试新的天花板Wmax，进入最大窗探测过程(Max Probing)阶段，首先把Wmax设置为一个非常大的值，然后BIC采取了一个类似慢启动策略，每个RTT后窗口值变为cwnd+1，cwnd+2，…，cwnd+Smax，直到增长为Smax的时候再次进入二分阶段。

BIC在离Wmax较远时，窗口增速很快，如果将BIC广泛应用到RTT较小，丢包较高的网络中去，BIC的增窗策略太激进了，大量的抢占了资源，公平性难以保证。其次，BIC的的窗口控制阶段较多，还有Smax和Smin的区分，增加了算法实现复杂度。

Cubic算法

CUBIC是对BIC的改进。

CUBIC用一个三次多项式代替了BIC增长曲线，对窗口增长机制进行了简化，保证了快速探测合适的拥塞窗口。并且不再以RTT为单位，窗口增长函数仅仅取决于连续的两次拥塞事件的时间差，保证了公平性。

$$cwnd=C(t?K{)}^3+W_{max}$$

$$K=\sqrt[3]{\beta W_{max}/C}$$

其中：

$t$为当前时间和上次窗口降低之间的时间差。

$C$为系数，较大时曲线更陡。

$K$在上次丢包时更新，计算多长时间达到Wmax

$\beta$为小于1的系数，Wmax = β * Wmin

$t$离$K$越远，曲线增加越快，接近$K$时曲线近乎水平。

当窗口太小使得CUBIC不能获得比传统TCP更好的性能时，例如在一次丢包事件后，经过t时间，如果CUBIC的增窗速度小于标准TCP，则采用标准TCP增加的窗口大小。

Cubic优点有：

• 与RTT无关，更公平。
• 更适合BDP大的网络。

Cubic存在的问题有：

• 当带宽变化时，cwnd跟随比较慢。因为三次曲线中间部分几乎是水平的。
• 更容易导致BufferBloat，即在Buffer较大时，容易导致Buffer难以清空，延迟会很高。