abstract

CUBIC是TCP的拥塞控制协议（传输控制协议），是Linux中当前的默认TCP算法。

该协议将现有TCP标准的线性窗口增长函数修改为三次函数，以提高TCP在快速和长距离网络上的可伸缩性。
通过使窗口增长独立于RTT，它还可以在具有不同RTT（往返时间）的流之间实现更多合理的带宽分配，因此，这些流以相同的速率增长其拥塞窗口。
在稳定状态下，当窗口远离饱和点时，CUBIC会主动增大窗口大小，而当窗口接近饱和点时，CUBIC会缓慢增大窗口大小。当网络的带宽和延迟乘积很大时，此功能使CUBIC具有很高的可扩展性，同时具有很高的稳定性，并且对标准TCP流也很公平。

Linux中CUBIC的实现经历了多次升级。本文将其设计，实现，性能和演进记录为Linux的默认TCP算法。

1 introduction

在TCP-Reno，TCP-NewReno和TCP-SACK之类的标准TCP中，TCP每往返时间（RTT）会增加一个窗口。至少可以说，这使得在所有主要操作系统（包括Windows和Linux）中使用的TCP的数据传输速度都相当缓慢，尤其是在流的长度比TCP增长的时间短得多的情况下，网络的利用率极低。 especially if the length of flows is much shorter than the time TCP grows its windows to the full size of the BDP of a path.

这里说的就是短流呗= =

BIC-TCP是个凹函数，所以在saturation point 停留时间更长，而且在快饱和的时候动作也比较舒缓
- CUBIC 是BIC-TCP的下一版本 which 用三次函数替代了BIC-TCP，简化了窗口调整算法。
- CUBIC 的三次函数既包含了凸的部分又包含了凹的部分 [ 实际上任意一个奇函数都有这个性质 ]
窗口增长只取决于两个连续的拥塞事件之间的时间

real time between two consecutive congestion events.

所以和RTT无瓜
所以竞争同一条带宽的瓶颈流们能实现很好的RTT-fairness

congestion event
the time when TCP undergoes fast recovery.
congestion epoch

定义上问提到的real time

此外，当RTT较短时，由于窗口增长率是固定的，因此其增长率可能会比TCP标准慢【我觉得这得看RTT到底有多短了】。由于TCP标准（例如TCP-SACK）在短时间的RTT下工作良好，因此此功能增强了协议的TCP友好性【那这样不就会很慢吗= =】

增长速率与RTT无关，所以就算RTT比较短，回来的ack很多，同样事件下标准的TCP可能增长了很多窗口，但是CUBIC表示与我无瓜

比人家长得慢就是协议友好性我也是服了 = = ？？

cubic的几次重大升级

平方根算法的改进

Linux中CUBIC的实现经历了多次升级。The most notable upgrade is the efficient implementation of cubic root calculation.

removal of window clamping

3 Cubic congestion control – detailed work

3.1 BIC-TCP

BIC-TCP的主要特点是其独特的窗口增长功能，如引言中所述。图1显示了BIC-TCP的增长功能。当发生丢包事件时，BIC-TCP将其窗口减小乘数β。将缩小之前的窗口大小设置为最大Wmax，缩小之后的窗口大小设置为最小Wmin。然后，BIC-TCP使用这两个参数执行二进制搜索-通过跳到Wmax和Wmin之间的“中点”。由于在Wmax时发生了数据包丢失，因此网络当前可以处理而不会丢失的窗口大小必须介于这两个数字之间。

在这里插入图片描述

但是，在一个RTT中跳到中点可能会增加太多，因此，如果中点和当前最小值之间的距离大于固定常数Smax，则BIC-TCP增量cwnd为Smax（线性增加）。如果在更新后的窗口大小下BIC-TCP没有丢失数据包，则该窗口大小将成为新的最小值(current min)。这个过程一直持续到窗口增量小于一个称为Smin的小常数为止，此时将窗口设置为当前最大值(current max)。因此，窗口缩小后的增长函数很可能是线性函数，然后是对数函数（在图1（a）中分别标记为“加法增长”和“二分搜索”）。

window increment有上限【addictive increase 阶段】
window increment低于下限则将当前窗口设置成之前标记过的窗口最大值(current max) 【binary search 阶段在此结束】，然后开始max probing阶段

如果窗口超过了最大值，则equilibrium window的大小must be大于当前的最大值，and a new maximum must be found。
BIC-TCP进入称为“最大探测(max probing)”的新阶段。最大探测使用的窗口增长函数与加性增加和二分搜索（对数；其倒数将是指数的）完全对称，然后加性增加。图1（a）显示了最大探测期间的增长函数。

【max probing阶段】

在最大探测期间，窗口最初缓慢增长，以在附近找到新的最大值，经过一段时间的缓慢增长后，如果找不到新的最大值（即，没有遇到数据包丢失的情况），则它猜测新的最大值距离较远，因此通过切换到指数增加（其中窗口大小以大的固定增量增加）来切换到更快的增加。

BIC-TCP的良好性能来自Wmax附近的缓慢增加以及在addictive increase 和最大探测期间的线性增加。

3.2 CUBIC window growth function

BIC-TCP缺点
- BIC-TCP的增长功能对于TCP来说仍然过于激进，特别是在短RTT或低速网络下。
- 此外，窗口控制的几个不同阶段（二进制搜索增加，最大探测，Smax和Smin）增加了实现协议和分析其性能的复杂性。
CUBIC使用自上次拥塞事件以来经过时间的三次函数。标准TCP的大多数替代算法都使用凸增加函数，在丢失事件之后，窗口增量始终在增加，而CUBIC则使用三次函数的凹轮廓和凸轮廓来增加窗口，形状和BIC-TCP很相似。图1（b）显示了CUBIC的生长功能。