Scalable TCP拥塞算法

Scalable TCP（STCP）拥塞控制算法，在每个RTT周期内，如果没有发生拥塞，将在接收到每个ACK报文后，将拥塞窗口增加0.01（a值）。

cwnd =  cwnd + 0.01

如果在一个RTT周期内第一次检测到拥塞发生，将拥塞窗口减低1/8倍（b值），在同一个RTT周期仅降低一次拥塞窗口。

cwnd =  cwnd − [0.125 * cwnd]

使用STCP算法的发送端在任一发送速率下，经过大约70个RTT可实现速率的翻倍，其窗口更新算法具有可扩展性。如下，以窗口减半为例，即1/2cwnd， Nrtt表示经过多少个RTT周期窗口能增长1/2cwnd，按照STCP的增长算法，每100个ACK将使拥塞窗口增加1，那么在一个RTT周期内，窗口的增加值为cwnd/100。如下等式可得Nrtt为50，即经过50个RTT周期，拥塞窗口可增长一倍。考虑延迟ACK因素，在SCTP的文章（Scalable TCP: Improving Performance in Highspeed Wide Area Networks）中，作者给出的值为70。

cwnd / 100  *  Nrtt  =  1/2 * cwnd

由以上可见，不同于传统TCP拥塞算法（a=1/cwnd, b=0.5），其丢包恢复时间与连接的窗口大小和RTT成比例，这意味着随着带宽的增长，拥塞窗口的增加，发送丢包之后，恢复时间将变得非常长，而STCP的丢包恢复时间仅与RTT成固定比例，这使得STCP在高速WAN网中拥有比传统TCP更高的性能和可扩展性。STCP参数（a,b）的数值选择考虑了对传统TCP流量的影响，带宽分配属性，流量速率变化，收敛属性和控制理论稳定性等。

假设TCP连接的RTT时长为200ms，发送的报文长度为1500字节，带宽为1Gbps，对应于17000个报文（1Gbps / [1/0.2 * 1500 * 8]），对于传统TCP拥塞算法，在发生拥塞时，窗口减半为8500，对应于带宽500Mbps，要再次达到1Gbps的带宽，拥塞窗口需要增加8500，每个RTT（200ms）增加1，需要经过1700秒（8500*0.2=28分钟）。即便经过如此长的时间恢复到1Gbps的带宽，还有前提条件，即在28分钟内，没有再发生任何拥塞。可见，由于较长的丢包恢复时间和对较低丢包率的要求，传统TCP拥塞算法在高速WAN网路中，很难合理利用可用带宽。

依据以上的网络情况，对于STCP，首先，其将拥塞窗口检查1/8；再次，STCP的拥塞窗口不依赖当前窗口，故STCP拥塞窗口增加1/8，所需的时间为： 100/8 = 12.5个RTT，即2.5秒（12.5 * 0.2），远低于传统TCP的28分钟。

在Scalable TCP: Improving Performance in Highspeed Wide Area Networks中定义了原始的窗口增加值a和拥塞减少系数b分别为0.01和0.125，但在内核实现中为弥补延迟ACK带来的损失，a取值增加一倍，为0.02。开启延迟ACK的接收端在接收到两个MSS大小的报文后回复ACK报文，或者等待延迟ACK超时。

如下内核函数tcp_scalable_ssthresh，在发生拥塞时，将慢启动阈值ssthresh设置为当前拥塞窗口的7/8倍。

#define TCP_SCALABLE_MD_SCALE   3static u32 tcp_scalable_ssthresh(struct sock *sk)
{   const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);return max(tp->snd_cwnd - (tp->snd_cwnd>>TCP_SCALABLE_MD_SCALE), 2U);
}

在ACK报文的处理过程中，如果报文发送并没有受到拥塞窗口的限制，不进行窗口调整。如果套接口处于慢启动阶段，应用慢启动窗口增长策略，反之，执行AI（Additive Increase）增长，每接收到50个（TCP_SCALABLE_AI_CNT）ACK报文拥塞窗口增加1。

但是，如果当前拥塞窗口值小于50，执行传统TCP拥塞增长算法，即每CWND个ACK报文，拥塞窗口增加1。这要增加了STCP算的TCP友善性（TCP-friendly）。

#define TCP_SCALABLE_AI_CNT 50Ustatic void tcp_scalable_cong_avoid(struct sock *sk, u32 ack, u32 acked)
{   struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);if (!tcp_is_cwnd_limited(sk))return;if (tcp_in_slow_start(tp))tcp_slow_start(tp, acked);elsetcp_cong_avoid_ai(tp, min(tp->snd_cwnd, TCP_SCALABLE_AI_CNT), 1);
}

内核版本 5.0

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