BBR算法技术综述
1.网络拥塞简述
IP层是基于块状的Packet报文来分片发送的，因此，TCP协议需要将应用交付给它的字符流拆分成多个Packet（在TCP传输层被称为Segment）发送，由于网速有变化且接收主机的处理性能有限，TCP还要决定何时发送这些Segment。TCP滑动窗口解决了Client、Server这两台主机的问题，但没有去管连接中大量路由器、交换机转发IP报文的问题，因此当瓶颈路由器的输入流大于其输出流时，便会发生拥塞。如果发送方不管不顾，那么瓶颈路由器的缓冲队列填满后便会发生大量丢包，且此时RTT（报文往返时间）由于存在长队列而极高。
如上图，最好的状态是没有队列，此时RTT最低，而State2中RTT升高，但没有丢包，到State 3队列满时开始发生丢包
2.BBR技术简述
TCP的拥塞控制便用于解决上述问题。在BBR出现前，拥塞控制分为四个部分：慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复。它的意义是在不知道连接的瓶颈带宽时，以起始较低的发送速率，以每RTT两倍的速度快速增加发送速率，直到到达一个阈值，到该阈值后，进入线性提高发送速率的阶段，该阶段叫做拥塞避免，直到发生丢包，。丢包后，发速速率大幅下降，针对丢包使用快速重传算法重送发送，同时也使用快速恢复算法把发送速率尽量平滑的升上来。如果瓶颈路由器的缓存特别大，那么这种以丢包作为探测依据的拥塞算法将会导致严重问题：TCP链路上长时间RTT变大，但吞吐量维持不变。
如CUBIC这样基于丢包的拥塞控制算法在图2中的第2条灰色竖线发生作用，这已经太晚了，因为此时瓶颈路由器已经达到上限，缓冲队列已经满载。更好的作用点是BDP上限开始发挥作用时，也就是第1条灰色竖线，是瓶颈路由器的缓冲队列刚刚开始积压时的节点。BBR通过检测RTprop和BtlBw来实现拥塞控制。
RTprop：光信号从A端到B端的最小时延（其实是2倍时延，因为是一个来回），这取决于物理距离。
BtlBw：在A到B的链路中，它的带宽取决于最慢的那段链路的带宽，称为瓶颈带宽。
BDP：整条物理链路（不含路由器缓存）所能储藏的比特数据之和，BDP = BtlBw * RTprop
TCP BBR协议定义的带宽（delivery rate）= 数据量/从发送出去至收到ACK的时长
这里注意，RTporp和RTT是不一样的，RTT里含有报文在路由器队列里的排队时间、ACK的延迟确认时间等。TCP每个报文必须被确认，确认动作是通过接收端发送ACK报文实现的，但由于TCP和IP头部有40个字节，如果不携带数据只为发送ACK网络效率过低，所以会让独立的ACK报文等一等，看看有没有数据发的时候顺便带给对方，或者等等看多个ACK一起发，叫做延迟确认。所以，可以用下列公式表示RTT与RTprop的差别：
RTT我们可以测量得出，我们只需要找到瓶颈路由器队列为空时多次RTT测量的最小值即为RTporo
当RTprop升高时我们便得到了BtlBw，这便找到第1条灰色竖线最好的拥塞控制点，也有了后续发送速率的依据。基于BBR算法，由于瓶颈路由器的队列为空，最直接的影响就是RTT大幅下降，而因为没有丢包，BBR传输速率也会有大幅提升。
除此之外，BBR会尝试周期性的探测新的瓶颈带宽，这个周期值为1.25、0.75、1、1、1、1，以此来应对链路发生了切换，新的瓶颈带宽变大或者变小的情况。1.25会使得BBR尝试发送更多的报文，而如果产生了队列积压，0.75则会释放队列。
3.BBR算法与Cubic算法数据对比
下图是10Mbps、40ms网络的慢启动阶段，该网络中未确认的字节数应为10Mbps*0.04s=0.05MB。棕色线条是CUBIC算法下已发送字节数，而蓝色是ACK已确认字节数，绿色则是BBR算法下的已发送字节数。显然，最初CUBIC与BBR算法相同，在0.25秒时飞行字节数显然远超过了0.05MB字节数，大约在 0.1MB字节数也就是2倍BDP。大约在0.3秒时，CUBIC开始线性增加拥塞窗口，而到了0.5秒后BBR开始降低发送速率，即排空瓶颈路由器的拥塞队列，到0.75秒时飞行字节数调整到了BDP大小，这是最合适的发送速率。
当繁忙的网络出现大幅丢包时，BBR的表现也远好于CUBIC算法。下图中，丢包率从0.001%到50%时，可以看到绿色的BBR远好于红色的CUBIC。大约当丢包率到0.1%时，CUBIC由于不停的触发拥塞算法，所以吞吐量极速降到10Mbps只有原先的1/10，而BBR直到5%丢包率才出现明显的吞吐量下降。CUBIC造成瓶颈路由器的缓冲队列越来越满，RTT时延就会越来越大，而操作系统对三次握手的建立是有最大时间限制的，这导致建CUBIC下的网络极端拥塞时，新连接很难建立成功。
4.总结
BBR算法的优势：
- 在有一定丢包率的网络链路上充分利用带宽。
- 降低网络链路上的 buffer 占用率，从而降低延迟。
BBR算法的不足：
设备队列缓存较大时，BBR可能会竞争不过Cubic等比较激进算法。
BBR算法适用范围：
高带宽、高时延、有一定丢包率的长肥网络，可以有效降低传输时延，并保证较高的吞吐量。
