BBRv2的问题

对ECN信号的响应缓慢且不够有效

这是 BBRv2 最核心的缺陷之一。BBRv2 尝试将 ECN作为避免丢包的早期信号，但其处理方式存在问题。

  • 机制缺陷：BBRv2 收到 ECN-CE（Congestion Experienced）标记后，并不会立即降低其发送速率。相反，它会将 ECN 视为一个信号，表明网络中的队列正在增长，然后它会降低其“探测带宽的上限目标”（即 inflight_hi）。它本质上是说：“我知道网络开始挤了，下次我探测新带宽时会收敛一点。”
  • 导致的问题：这种响应是间接且滞后的。从收到 ECN 信号到 BBRv2 真正减少其飞行数据量（inflight），可能需要等待多个 RTT（往返时间）。在这段时间里，网络中的队列会持续增长，导致延迟大幅上升。这违背了 ECN “在丢包前主动控制队列”的初衷。最终结果是，BBRv2 依然会造成不必要的延迟，只是把部分丢包问题转化为了延迟问题。

在浅缓冲区下的公平性问题依然严重

BBRv2 试图通过对丢包更敏感来改善与 CUBIC 等基于丢包的算法的公平性，但在缓冲区很小的网络设备（如某些家用路由器或数据中心交换机）上，问题依旧。

  • 机制缺陷：BBR 的核心行为之一是通过 pacing_gain > 1（例如 1.25）来主动探测更高带宽。这个行为必然会在瓶颈处建立一个短暂的队列。如果交换机的缓冲区非常小，这个“短暂的队列”会瞬间填满并导致丢包。
  • 导致的问题：
    • 对于 CUBIC：CUBIC 看到丢包，会立刻大幅降低其发送速率（乘性减）。
    • 对于 BBRv2：BBRv2 看到由自己探测行为引发的少量丢包，其内部模型可能认为这是可控的，不会像 CUBIC 那样剧烈地减速。
    • 最终结果：在一个丢包频繁的浅缓冲区链路上，CUBIC 会被 BBRv2 严重压制，不断减速，而 BBRv2 则维持一个相对较高的发送速率，最终“饿死”CUBIC 流量，导致严重的带宽不公平。

在高丢包率网络中的性能不佳

BBRv2 为了变得更“友好”，对丢包的响应比 BBRv1 敏感得多。但这把双刃剑在无线网络（Wi-Fi, 4G/5G）等天然存在随机丢包（非拥塞导致）的环境中，反而造成了性能下降。

  • 机制缺陷：BBRv2 难以区分“拥塞丢包”和“随机丢包”。当它在无线链路上遇到随机丢包时，其算法模型会错误地判断网络发生了拥塞，从而降低发送速率。
  • 导致的问题：这种不必要的减速导致 BBRv2 在有损网络环境下的吞吐量远低于实际可用带宽。它过于“谨慎”，因为它无法确信丢包不是由自己造成的拥塞引起的。BBRv3 引入“丢包守恒 (Loss Conservation)”原则，正是为了更好地处理这种情况。

算法模型过于复杂

为了解决 BBRv1 的种种问题，BBRv2 引入了大量的启发式规则和内部状态变量（如 inflight_hi, inflight_lo, bw_probe_samples 等）。

  • 机制缺陷：这些复杂的组件相互作用，使得算法的行为在某些边缘情况下变得难以预测和推理。例如，它在判断何时退出 Startup 状态、何时开始带宽探测、以及探测的激进程度等方面，都依赖于一套复杂的逻辑。
  • 导致的问题：
    • 行为不稳定：在网络路径特性频繁变化的场景下，BBRv2 的复杂状态机可能做出次优决策。

BBRv3的改进

BBRv3 的目标：

  • 带宽高、延迟低：尽量满用瓶颈带宽，同时队列不长导致延迟爆炸。
  • 公平共存：和传统 loss-based 算法（比如 CUBIC）、不同延迟的流、以及在大 buffer 或小 buffer 环境里，都能较好竞争。
  • 灵敏地对丢包／ECN 信号响应，即 loss/ECN 不再只是“辅助”，而是重要信号，会影响 inflight 上限 。
  • 改进参数设定与状态转换：例如 STARTUP 探测速度、ProbeBW DOWN/UP gain、什么时候退出 UP，怎样设定 inflight_hi/inflight_lo 等上下界，以便让速度／窗口在不同状态中更合理。

BBRv3的实现

STARTUP

  • pacing_rate = 2.77 × bw * (1 − margin) （margin 常设 1%，即 pacing_rate ≈ 0.99 × 2.77 × bw）
  • cwnd_max = cwnd_gain × bdp + extra_acked
  • 当你收到一个 rate sample（rs），更新 bw，如果连续几个 ROUND（若干个 RTT）里 bw 没增加了，就认为“filled the pipe”，退出 startup。
  • 如果丢包率很高（比如在一个 RTT 里丢包超过某个阈值），也可能提前退出。

DRAIN

  • pacing_gain = 0.35 → pacing_rate = 0.35 × bw
  • 继续使用 cwnd_gain = 2.0
  • Monitor in_flight（当前未确认的发送量） 如果 in_flight ≤ bdp（即估计队列已经排完），就退出进入 ProbeBW

ProbeBW

UP

  • 先在 REFILL 阶段做 “reset” 或清除旧的下界 bw_lo/inflight_lo，以便在 UP 阶段允许增长
  • 在 UP 阶段： pacing_gain = 1.25，cwnd_gain = 2.25
  • cwnd_max = cwnd_gain × bdp + extra_acked，（加上 inflight_hi 限制）
  • pacing_rate = 1.25 × bw × (1 − margin)
  • 如果在 UP 阶段发现 loss/ECN 信号超过阈值／bw 没有进一步提升（plateau），就出 UP → 进入 DOWN

DOWN

  • pacing_gain = 0.90，cwnd_gain = 2.0
  • 目的是稍微降低发送率 / in_flight，以给自己和竞争者“喘息”的空间，使队列减少
  • 退出 DOWN 条件：in_flight ≤ bdp 且满足 “free headroom” 的标准（如果 inflight_hi 已设），即不太可能引起队列或者过多排队

PROBE_RTT

  • cwnd_gain = 0.5 → cwnd 降到约 0.5 × bdp + extra_acked 或者最小窗口（如 4 MSS）
  • pacing_gain = 1.0
  • 时间短，只为测一个 RTT 内的基本 min_rtt