tcp: timestamp adjustment
[vpp.git] / src / vnet / tcp / tcp.h
index 6020a3d..a13a30d 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
 /*
- * Copyright (c) 2016 Cisco and/or its affiliates.
+ * Copyright (c) 2016-2019 Cisco and/or its affiliates.
  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
  * you may not use this file except in compliance with the License.
  * You may obtain a copy of the License at:
 #define TCP_PAWS_IDLE 24 * 24 * 60 * 60 * THZ /**< 24 days */
 #define TCP_FIB_RECHECK_PERIOD 1 * THZ /**< Recheck every 1s */
 #define TCP_MAX_OPTION_SPACE 40
+#define TCP_CC_DATA_SZ 24
 
 #define TCP_DUPACK_THRESHOLD   3
-#define TCP_MAX_RX_FIFO_SIZE   4 << 20
+#define TCP_MAX_RX_FIFO_SIZE   32 << 20
 #define TCP_MIN_RX_FIFO_SIZE   4 << 10
 #define TCP_IW_N_SEGMENTS      10
 #define TCP_ALWAYS_ACK         1       /**< On/off delayed acks */
@@ -73,7 +74,8 @@ format_function_t format_tcp_rcv_sacks;
   _(KEEP, "KEEP")                       \
   _(WAITCLOSE, "WAIT CLOSE")            \
   _(RETRANSMIT_SYN, "RETRANSMIT SYN")   \
-  _(ESTABLISH, "ESTABLISH")
+  _(ESTABLISH, "ESTABLISH")            \
+  _(ESTABLISH_AO, "ESTABLISH_AO")      \
 
 typedef enum _tcp_timers
 {
@@ -99,8 +101,10 @@ extern timer_expiration_handler tcp_timer_retransmit_syn_handler;
 #define TCP_ESTABLISH_TIME      750    /* 75s */
 #define TCP_SYN_RCVD_TIME      600     /* 60s */
 #define TCP_2MSL_TIME           300    /* 30s */
-#define TCP_CLOSEWAIT_TIME     20      /* 0.1s */
-#define TCP_CLEANUP_TIME       5       /* 0.5s Time to wait before cleanup */
+#define TCP_CLOSEWAIT_TIME     20      /* 2s */
+#define TCP_TIMEWAIT_TIME      100     /* 10s */
+#define TCP_FINWAIT1_TIME      600     /* 60s */
+#define TCP_CLEANUP_TIME       1       /* 0.1s */
 #define TCP_TIMER_PERSIST_MIN  2       /* 0.2s */
 
 #define TCP_RTO_MAX 60 * THZ   /* Min max RTO (60s) as per RFC6298 */
@@ -108,17 +112,25 @@ extern timer_expiration_handler tcp_timer_retransmit_syn_handler;
 #define TCP_RTT_MAX 30 * THZ   /* 30s (probably too much) */
 #define TCP_RTO_SYN_RETRIES 3  /* SYN retries without doubling RTO */
 #define TCP_RTO_INIT 1 * THZ   /* Initial retransmit timer */
+#define TCP_RTO_BOFF_MAX 8     /* Max number of retries before reset */
 
 /** TCP connection flags */
 #define foreach_tcp_connection_flag             \
   _(SNDACK, "Send ACK")                         \
   _(FINSNT, "FIN sent")                                \
-  _(SENT_RCV_WND0, "Sent 0 receive window")     \
-  _(RECOVERY, "Recovery on")                    \
-  _(FAST_RECOVERY, "Fast Recovery on")         \
-  _(FR_1_SMSS, "Sent 1 SMSS")                  \
+  _(RECOVERY, "Recovery")                      \
+  _(FAST_RECOVERY, "Fast Recovery")            \
+  _(DCNT_PENDING, "Disconnect pending")                \
   _(HALF_OPEN_DONE, "Half-open completed")     \
-  _(FINPNDG, "FIN pending")
+  _(FINPNDG, "FIN pending")                    \
+  _(FRXT_PENDING, "Fast-retransmit pending")   \
+  _(FRXT_FIRST, "Fast-retransmit first again") \
+  _(DEQ_PENDING, "Pending dequeue acked")      \
+  _(PSH_PENDING, "PSH pending")                        \
+  _(FINRCVD, "FIN received")                   \
+  _(RATE_SAMPLE, "Conn does rate sampling")    \
+  _(TRACK_BURST, "Track burst")                        \
+  _(ZERO_RWND_SENT, "Zero RWND sent")          \
 
 typedef enum _tcp_connection_flag_bits
 {
@@ -136,28 +148,8 @@ typedef enum _tcp_connection_flag
   TCP_CONN_N_FLAGS
 } tcp_connection_flags_e;
 
-/** TCP buffer flags */
-#define foreach_tcp_buf_flag                            \
-  _ (ACK)       /**< Sending ACK. */                    \
-  _ (DUPACK)    /**< Sending DUPACK. */                 \
-
-enum
-{
-#define _(f) TCP_BUF_BIT_##f,
-  foreach_tcp_buf_flag
-#undef _
-    TCP_N_BUF_BITS,
-};
-
-enum
-{
-#define _(f) TCP_BUF_FLAG_##f = 1 << TCP_BUF_BIT_##f,
-  foreach_tcp_buf_flag
-#undef _
-};
-
 #define TCP_SCOREBOARD_TRACE (0)
-#define TCP_MAX_SACK_BLOCKS 15 /**< Max number of SACK blocks stored */
+#define TCP_MAX_SACK_BLOCKS 256        /**< Max number of SACK blocks stored */
 #define TCP_INVALID_SACK_HOLE_INDEX ((u32)~0)
 
 typedef struct _scoreboard_trace_elt
@@ -185,7 +177,7 @@ typedef struct _sack_scoreboard
   u32 tail;                            /**< Index of last entry */
   u32 sacked_bytes;                    /**< Number of bytes sacked in sb */
   u32 last_sacked_bytes;               /**< Number of bytes last sacked */
-  u32 last_bytes_delivered;            /**< Number of sack bytes delivered */
+  u32 last_bytes_delivered;            /**< Sack bytes delivered to app */
   u32 snd_una_adv;                     /**< Bytes to add to snd_una */
   u32 high_sacked;                     /**< Highest byte sacked (fack) */
   u32 high_rxt;                                /**< Highest retransmitted sequence */
@@ -224,9 +216,67 @@ typedef struct _sack_scoreboard
 #define tcp_scoreboard_trace_add(_tc, _ack)
 #endif
 
+sack_scoreboard_hole_t *scoreboard_next_rxt_hole (sack_scoreboard_t * sb,
+                                                 sack_scoreboard_hole_t *
+                                                 start, u8 have_sent_1_smss,
+                                                 u8 * can_rescue,
+                                                 u8 * snd_limited);
+sack_scoreboard_hole_t *scoreboard_get_hole (sack_scoreboard_t * sb,
+                                            u32 index);
+
+sack_scoreboard_hole_t *scoreboard_next_hole (sack_scoreboard_t * sb,
+                                             sack_scoreboard_hole_t * hole);
+sack_scoreboard_hole_t *scoreboard_prev_hole (sack_scoreboard_t * sb,
+                                             sack_scoreboard_hole_t * hole);
+sack_scoreboard_hole_t *scoreboard_first_hole (sack_scoreboard_t * sb);
+sack_scoreboard_hole_t *scoreboard_last_hole (sack_scoreboard_t * sb);
+void scoreboard_clear (sack_scoreboard_t * sb);
+void scoreboard_init (sack_scoreboard_t * sb);
+u8 *format_tcp_scoreboard (u8 * s, va_list * args);
+
+#define TCP_BTS_INVALID_INDEX  ((u32)~0)
+
+typedef enum tcp_bts_flags_
+{
+  TCP_BTS_IS_RXT = 1,
+  TCP_BTS_IS_APP_LIMITED = 1 << 1,
+} __clib_packed tcp_bts_flags_t;
+
+typedef struct tcp_bt_sample_
+{
+  u32 next;                    /**< Next sample index in list */
+  u32 prev;                    /**< Previous sample index in list */
+  u32 min_seq;                 /**< Min seq number in sample */
+  u32 max_seq;                 /**< Max seq number. Set for rxt samples */
+  u64 delivered;               /**< Total delivered when sample taken */
+  f64 delivered_time;          /**< Delivered time when sample taken */
+  u64 tx_rate;                 /**< Tx pacing rate */
+  tcp_bts_flags_t flags;       /**< Sample flag */
+} tcp_bt_sample_t;
+
+typedef struct tcp_rate_sample_
+{
+  u64 sample_delivered;                /**< Delivered of sample used for rate */
+  u32 delivered;               /**< Bytes delivered in ack time */
+  f64 ack_time;                        /**< Time to ack the bytes delivered */
+  u64 tx_rate;                 /**< Tx pacing rate */
+  tcp_bts_flags_t flags;       /**< Rate sample flags from bt sample */
+} tcp_rate_sample_t;
+
+typedef struct tcp_byte_tracker_
+{
+  tcp_bt_sample_t *samples;    /**< Pool of samples */
+  rb_tree_t sample_lookup;     /**< Rbtree for sample lookup by min_seq */
+  u32 head;                    /**< Head of samples linked list */
+  u32 tail;                    /**< Tail of samples linked list */
+  u32 last_ooo;                        /**< Cached last ooo sample */
+} tcp_byte_tracker_t;
+
 typedef enum _tcp_cc_algorithm_type
 {
   TCP_CC_NEWRENO,
+  TCP_CC_CUBIC,
+  TCP_CC_LAST = TCP_CC_CUBIC
 } tcp_cc_algorithm_type_e;
 
 typedef struct _tcp_cc_algorithm tcp_cc_algorithm_t;
@@ -238,8 +288,14 @@ typedef enum _tcp_cc_ack_t
   TCP_CC_PARTIALACK
 } tcp_cc_ack_t;
 
+typedef enum tcp_cc_event_
+{
+  TCP_CC_EVT_START_TX,
+} tcp_cc_event_t;
+
 typedef struct _tcp_connection
 {
+  CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline0);
   transport_connection_t connection;  /**< Common transport data. First! */
 
   u8 state;                    /**< TCP state as per tcp_state_t */
@@ -266,53 +322,81 @@ typedef struct _tcp_connection
   u32 irs;             /**< initial remote sequence */
 
   /* Options */
-  tcp_options_t rcv_opts;      /**< Rx options for connection */
-  tcp_options_t snd_opts;      /**< Tx options for connection */
   u8 snd_opts_len;             /**< Tx options len */
-  u8 rcv_wscale;       /**< Window scale to advertise to peer */
-  u8 snd_wscale;       /**< Window scale to use when sending */
-  u32 tsval_recent;    /**< Last timestamp received */
-  u32 tsval_recent_age;        /**< When last updated tstamp_recent*/
+  u8 rcv_wscale;               /**< Window scale to advertise to peer */
+  u8 snd_wscale;               /**< Window scale to use when sending */
+  u32 tsval_recent;            /**< Last timestamp received */
+  u32 tsval_recent_age;                /**< When last updated tstamp_recent*/
+  tcp_options_t snd_opts;      /**< Tx options for connection */
+  tcp_options_t rcv_opts;      /**< Rx options for connection */
 
   sack_block_t *snd_sacks;     /**< Vector of SACKs to send. XXX Fixed size? */
+  u8 snd_sack_pos;             /**< Position in vec of first block to send */
+  sack_block_t *snd_sacks_fl;  /**< Vector for building new list */
   sack_scoreboard_t sack_sb;   /**< SACK "scoreboard" that tracks holes */
 
   u16 rcv_dupacks;     /**< Number of DUPACKs received */
-  u8 snt_dupacks;      /**< Number of DUPACKs sent in a burst */
+  u8 pending_dupacks;  /**< Number of DUPACKs to be sent */
 
   /* Congestion control */
   u32 cwnd;            /**< Congestion window */
+  u32 cwnd_acc_bytes;  /**< Bytes accumulated for cwnd increment */
   u32 ssthresh;                /**< Slow-start threshold */
   u32 prev_ssthresh;   /**< ssthresh before congestion */
   u32 prev_cwnd;       /**< ssthresh before congestion */
   u32 bytes_acked;     /**< Bytes acknowledged by current segment */
+  u32 burst_acked;     /**< Bytes acknowledged in current burst */
   u32 snd_rxt_bytes;   /**< Retransmitted bytes */
   u32 snd_rxt_ts;      /**< Timestamp when first packet is retransmitted */
   u32 tsecr_last_ack;  /**< Timestamp echoed to us in last healthy ACK */
   u32 snd_congestion;  /**< snd_una_max when congestion is detected */
+  u32 tx_fifo_size;    /**< Tx fifo size. Used to constrain cwnd */
   tcp_cc_algorithm_t *cc_algo; /**< Congestion control algorithm */
+  u8 cc_data[TCP_CC_DATA_SZ];  /**< Congestion control algo private data */
 
   /* RTT and RTO */
   u32 rto;             /**< Retransmission timeout */
   u32 rto_boff;                /**< Index for RTO backoff */
   u32 srtt;            /**< Smoothed RTT */
   u32 rttvar;          /**< Smoothed mean RTT difference. Approximates variance */
-  u32 rtt_ts;          /**< Timestamp for tracked ACK */
   u32 rtt_seq;         /**< Sequence number for tracked ACK */
+  f64 rtt_ts;          /**< Timestamp for tracked ACK */
+  f64 mrtt_us;         /**< High precision mrtt from tracked acks */
 
-  u16 mss;             /**< Our max seg size that includes options */
+  u32 psh_seq;         /**< Add psh header for seg that includes this */
+  u32 next_node_index; /**< Can be used to control next node in output */
+  u32 next_node_opaque;        /**< Opaque to pass to next node */
   u32 limited_transmit;        /**< snd_nxt when limited transmit starts */
+  u32 sw_if_index;     /**< Interface for the connection */
+
+  /* Delivery rate estimation */
+  u64 delivered;               /**< Total bytes delivered to peer */
+  u64 app_limited;             /**< Delivered when app-limited detected */
+  f64 delivered_time;          /**< Time last bytes were acked */
+  tcp_byte_tracker_t *bt;      /**< Tx byte tracker */
+
   u32 last_fib_check;  /**< Last time we checked fib route for peer */
+  u16 mss;             /**< Our max seg size that includes options */
+  u32 timestamp_delta;
 } tcp_connection_t;
 
+/* *INDENT-OFF* */
 struct _tcp_cc_algorithm
 {
-  void (*rcv_ack) (tcp_connection_t * tc);
-  void (*rcv_cong_ack) (tcp_connection_t * tc, tcp_cc_ack_t ack);
+  const char *name;
+  uword (*unformat_cfg) (unformat_input_t * input);
+  void (*init) (tcp_connection_t * tc);
+  void (*cleanup) (tcp_connection_t * tc);
+  void (*rcv_ack) (tcp_connection_t * tc, tcp_rate_sample_t *rs);
+  void (*rcv_cong_ack) (tcp_connection_t * tc, tcp_cc_ack_t ack,
+                       tcp_rate_sample_t *rs);
   void (*congestion) (tcp_connection_t * tc);
+  void (*loss) (tcp_connection_t * tc);
   void (*recovered) (tcp_connection_t * tc);
-  void (*init) (tcp_connection_t * tc);
+  void (*undo_recovery) (tcp_connection_t * tc);
+  void (*event) (tcp_connection_t *tc, tcp_cc_event_t evt);
 };
+/* *INDENT-ON* */
 
 #define tcp_fastrecovery_on(tc) (tc)->flags |= TCP_CONN_FAST_RECOVERY
 #define tcp_fastrecovery_off(tc) (tc)->flags &= ~TCP_CONN_FAST_RECOVERY
@@ -321,9 +405,12 @@ struct _tcp_cc_algorithm
 #define tcp_in_fastrecovery(tc) ((tc)->flags & TCP_CONN_FAST_RECOVERY)
 #define tcp_in_recovery(tc) ((tc)->flags & (TCP_CONN_RECOVERY))
 #define tcp_in_slowstart(tc) (tc->cwnd < tc->ssthresh)
-#define tcp_fastrecovery_sent_1_smss(tc) ((tc)->flags & TCP_CONN_FR_1_SMSS)
-#define tcp_fastrecovery_1_smss_on(tc) ((tc)->flags |= TCP_CONN_FR_1_SMSS)
-#define tcp_fastrecovery_1_smss_off(tc) ((tc)->flags &= ~TCP_CONN_FR_1_SMSS)
+#define tcp_disconnect_pending(tc) ((tc)->flags & TCP_CONN_DCNT_PENDING)
+#define tcp_disconnect_pending_on(tc) ((tc)->flags |= TCP_CONN_DCNT_PENDING)
+#define tcp_disconnect_pending_off(tc) ((tc)->flags &= ~TCP_CONN_DCNT_PENDING)
+#define tcp_fastrecovery_first(tc) ((tc)->flags & TCP_CONN_FRXT_FIRST)
+#define tcp_fastrecovery_first_on(tc) ((tc)->flags |= TCP_CONN_FRXT_FIRST)
+#define tcp_fastrecovery_first_off(tc) ((tc)->flags &= ~TCP_CONN_FRXT_FIRST)
 
 #define tcp_in_cong_recovery(tc) ((tc)->flags &                \
          (TCP_CONN_FAST_RECOVERY | TCP_CONN_RECOVERY))
@@ -332,15 +419,12 @@ always_inline void
 tcp_cong_recovery_off (tcp_connection_t * tc)
 {
   tc->flags &= ~(TCP_CONN_FAST_RECOVERY | TCP_CONN_RECOVERY);
-  tcp_fastrecovery_1_smss_off (tc);
+  tcp_fastrecovery_first_off (tc);
 }
 
-typedef enum
-{
-  TCP_IP4,
-  TCP_IP6,
-  TCP_N_AF,
-} tcp_af_t;
+#define tcp_zero_rwnd_sent(tc) (tc)->flags &= TCP_CONN_ZERO_RWND_SENT
+#define tcp_zero_rwnd_sent_on(tc) (tc)->flags |= TCP_CONN_ZERO_RWND_SENT
+#define tcp_zero_rwnd_sent_off(tc) (tc)->flags &= ~TCP_CONN_ZERO_RWND_SENT
 
 typedef enum _tcp_error
 {
@@ -355,6 +439,58 @@ typedef struct _tcp_lookup_dispatch
   u8 next, error;
 } tcp_lookup_dispatch_t;
 
+typedef struct tcp_worker_ctx_
+{
+  CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline0);
+  /** worker time */
+  u32 time_now;
+
+  /** worker timer wheel */
+  tw_timer_wheel_16t_2w_512sl_t timer_wheel;
+
+  /** tx buffer free list */
+  u32 *tx_buffers;
+
+  /** tx frames for tcp 4/6 output nodes */
+  vlib_frame_t *tx_frames[2];
+
+  /** tx frames for ip 4/6 lookup nodes */
+  vlib_frame_t *ip_lookup_tx_frames[2];
+
+  /** vector of connections needing fast rxt */
+  u32 *pending_fast_rxt;
+
+  /** vector of connections now doing fast rxt */
+  u32 *ongoing_fast_rxt;
+
+  /** vector of connections that will do fast rxt */
+  u32 *postponed_fast_rxt;
+
+  /** vector of pending ack dequeues */
+  u32 *pending_deq_acked;
+
+  /** vector of pending acks */
+  u32 *pending_acks;
+
+  /** vector of pending disconnect notifications */
+  u32 *pending_disconnects;
+
+  /** convenience pointer to this thread's vlib main */
+  vlib_main_t *vm;
+
+    CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline1);
+
+  /** cached 'on the wire' options for bursts */
+  u8 cached_opts[40];
+
+} tcp_worker_ctx_t;
+
+typedef struct tcp_iss_seed_
+{
+  u64 first;
+  u64 second;
+} tcp_iss_seed_t;
+
 typedef struct _tcp_main
 {
   /* Per-worker thread tcp connection pools */
@@ -368,52 +504,68 @@ typedef struct _tcp_main
 
   u8 log2_tstamp_clocks_per_tick;
   f64 tstamp_ticks_per_clock;
-  u32 *time_now;
 
-  /** per-worker tx buffer free lists */
-  u32 **tx_buffers;
-  /** per-worker tx frames to 4/6 output nodes */
-  vlib_frame_t **tx_frames[2];
-
-  /* Per worker-thread timer wheel for connections timers */
-  tw_timer_wheel_16t_2w_512sl_t *timer_wheels;
+  /** per-worker context */
+  tcp_worker_ctx_t *wrk_ctx;
 
   /* Pool of half-open connections on which we've sent a SYN */
   tcp_connection_t *half_open_connections;
   clib_spinlock_t half_open_lock;
 
-  /* Pool of local TCP endpoints */
-  transport_endpoint_t *local_endpoints;
+  /** vlib buffer size */
+  u32 bytes_per_buffer;
 
-  /* Local endpoints lookup table */
-  transport_endpoint_table_t local_endpoints_table;
-  clib_spinlock_t local_endpoints_lock;
+  /* Seed used to generate random iss */
+  tcp_iss_seed_t iss_seed;
 
   /* Congestion control algorithms registered */
   tcp_cc_algorithm_t *cc_algos;
 
+  /** Hash table of cc algorithms by name */
+  uword *cc_algo_by_name;
+
+  /** Last cc algo registered */
+  tcp_cc_algorithm_type_e cc_last_type;
+
+  /*
+   * Configuration
+   */
+
   /* Flag that indicates if stack is on or off */
   u8 is_enabled;
 
+  /** Max rx fifo size for a session. It is used in to compute the
+   *  rfc 7323 window scaling factor */
+  u32 max_rx_fifo;
+
+  /** Default MTU to be used when establishing connections */
+  u16 default_mtu;
+
+  /** Initial CWND multiplier, which multiplies MSS to determine initial CWND.
+   *  Set 0 to determine the initial CWND by another way */
+  u16 initial_cwnd_multiplier;
+
   /** Number of preallocated connections */
   u32 preallocated_connections;
   u32 preallocated_half_open_connections;
 
-  /** Transport table (preallocation) size parameters */
-  u32 local_endpoints_table_memory;
-  u32 local_endpoints_table_buckets;
-
   /** Vectors of src addresses. Optional unless one needs > 63K active-opens */
   ip4_address_t *ip4_src_addresses;
   u32 last_v4_address_rotor;
   u32 last_v6_address_rotor;
   ip6_address_t *ip6_src_addresses;
 
-  /** Port allocator random number generator seed */
-  u32 port_allocator_seed;
+  /** Enable tx pacing for new connections */
+  u8 tx_pacing;
 
-  /** vlib buffer size */
-  u32 bytes_per_buffer;
+  u8 punt_unknown4;
+  u8 punt_unknown6;
+
+  /** fault-injection */
+  f64 buffer_fail_fraction;
+
+  /** Default congestion control algorithm type */
+  tcp_cc_algorithm_type_e cc_algo;
 } tcp_main_t;
 
 extern tcp_main_t tcp_main;
@@ -421,6 +573,14 @@ extern vlib_node_registration_t tcp4_input_node;
 extern vlib_node_registration_t tcp6_input_node;
 extern vlib_node_registration_t tcp4_output_node;
 extern vlib_node_registration_t tcp6_output_node;
+extern vlib_node_registration_t tcp4_established_node;
+extern vlib_node_registration_t tcp6_established_node;
+extern vlib_node_registration_t tcp4_syn_sent_node;
+extern vlib_node_registration_t tcp6_syn_sent_node;
+extern vlib_node_registration_t tcp4_rcv_process_node;
+extern vlib_node_registration_t tcp6_rcv_process_node;
+extern vlib_node_registration_t tcp4_listen_node;
+extern vlib_node_registration_t tcp6_listen_node;
 
 always_inline tcp_main_t *
 vnet_get_tcp_main ()
@@ -428,6 +588,12 @@ vnet_get_tcp_main ()
   return &tcp_main;
 }
 
+always_inline tcp_worker_ctx_t *
+tcp_get_worker (u32 thread_index)
+{
+  return &tcp_main.wrk_ctx[thread_index];
+}
+
 always_inline tcp_header_t *
 tcp_buffer_hdr (vlib_buffer_t * b)
 {
@@ -436,8 +602,19 @@ tcp_buffer_hdr (vlib_buffer_t * b)
                           + vnet_buffer (b)->tcp.hdr_offset);
 }
 
+#if (VLIB_BUFFER_TRACE_TRAJECTORY)
+#define tcp_trajectory_add_start(b, start)                     \
+{                                                              \
+    (*vlib_buffer_trace_trajectory_cb) (b, start);             \
+}
+#else
+#define tcp_trajectory_add_start(b, start)
+#endif
+
 clib_error_t *vnet_tcp_enable_disable (vlib_main_t * vm, u8 is_en);
 
+void tcp_punt_unknown (vlib_main_t * vm, u8 is_ip4, u8 is_add);
+
 always_inline tcp_connection_t *
 tcp_connection_get (u32 conn_index, u32 thread_index)
 {
@@ -463,11 +640,19 @@ tcp_get_connection_from_transport (transport_connection_t * tconn)
   return (tcp_connection_t *) tconn;
 }
 
+always_inline void
+tcp_connection_set_state (tcp_connection_t * tc, tcp_state_t state)
+{
+  tc->state = state;
+  TCP_EVT_DBG (TCP_EVT_STATE_CHANGE, tc);
+}
+
 void tcp_connection_close (tcp_connection_t * tc);
 void tcp_connection_cleanup (tcp_connection_t * tc);
 void tcp_connection_del (tcp_connection_t * tc);
 int tcp_half_open_connection_cleanup (tcp_connection_t * tc);
-tcp_connection_t *tcp_connection_new (u8 thread_index);
+tcp_connection_t *tcp_connection_alloc (u8 thread_index);
+void tcp_connection_free (tcp_connection_t * tc);
 void tcp_connection_reset (tcp_connection_t * tc);
 int tcp_configure_v4_source_address_range (vlib_main_t * vm,
                                           ip4_address_t * start,
@@ -476,11 +661,7 @@ int tcp_configure_v6_source_address_range (vlib_main_t * vm,
                                           ip6_address_t * start,
                                           ip6_address_t * end, u32 table_id);
 void tcp_api_reference (void);
-u8 *format_tcp_connection_id (u8 * s, va_list * args);
 u8 *format_tcp_connection (u8 * s, va_list * args);
-u8 *format_tcp_scoreboard (u8 * s, va_list * args);
-
-u8 *tcp_scoreboard_replay (u8 * s, tcp_connection_t * tc, u8 verbose);
 
 always_inline tcp_connection_t *
 tcp_listener_get (u32 tli)
@@ -499,19 +680,87 @@ tcp_half_open_connection_get (u32 conn_index)
   return tc;
 }
 
-void tcp_make_ack (tcp_connection_t * ts, vlib_buffer_t * b);
 void tcp_make_fin (tcp_connection_t * tc, vlib_buffer_t * b);
 void tcp_make_synack (tcp_connection_t * ts, vlib_buffer_t * b);
 void tcp_send_reset_w_pkt (tcp_connection_t * tc, vlib_buffer_t * pkt,
-                          u8 is_ip4);
+                          u32 thread_index, u8 is_ip4);
 void tcp_send_reset (tcp_connection_t * tc);
 void tcp_send_syn (tcp_connection_t * tc);
+void tcp_send_synack (tcp_connection_t * tc);
 void tcp_send_fin (tcp_connection_t * tc);
 void tcp_init_mss (tcp_connection_t * tc);
-void tcp_update_snd_mss (tcp_connection_t * tc);
+void tcp_update_burst_snd_vars (tcp_connection_t * tc);
 void tcp_update_rto (tcp_connection_t * tc);
-void tcp_flush_frame_to_output (vlib_main_t * vm, u8 thread_index, u8 is_ip4);
-void tcp_flush_frames_to_output (u8 thread_index);
+void tcp_flush_frame_to_output (tcp_worker_ctx_t * wrk, u8 is_ip4);
+void tcp_flush_frames_to_output (tcp_worker_ctx_t * wrk);
+void tcp_program_fastretransmit (tcp_worker_ctx_t * wrk,
+                                tcp_connection_t * tc);
+void tcp_do_fastretransmits (tcp_worker_ctx_t * wrk);
+
+void tcp_program_ack (tcp_worker_ctx_t * wrk, tcp_connection_t * tc);
+void tcp_program_dupack (tcp_worker_ctx_t * wrk, tcp_connection_t * tc);
+void tcp_send_acks (tcp_worker_ctx_t * wrk);
+void tcp_send_window_update_ack (tcp_connection_t * tc);
+
+/*
+ * Rate estimation
+ */
+
+/**
+ * Byte tracker initialize
+ *
+ * @param tc   connection for which the byte tracker should be allocated and
+ *             initialized
+ */
+void tcp_bt_init (tcp_connection_t * tc);
+/**
+ * Byte tracker cleanup
+ *
+ * @param tc   connection for which the byte tracker should be cleaned up
+ */
+void tcp_bt_cleanup (tcp_connection_t * tc);
+/**
+ * Flush byte tracker samples
+ *
+ * @param tc   tcp connection for which samples should be flushed
+ */
+void tcp_bt_flush_samples (tcp_connection_t * tc);
+/**
+ * Track a tcp tx burst
+ *
+ * @param tc   tcp connection
+ */
+void tcp_bt_track_tx (tcp_connection_t * tc);
+/**
+ * Track a tcp retransmission
+ *
+ * @param tc   tcp connection
+ * @param start        start sequence number
+ * @param end  end sequence number
+ */
+void tcp_bt_track_rxt (tcp_connection_t * tc, u32 start, u32 end);
+/**
+ * Generate a delivery rate sample from recently acked bytes
+ *
+ * @param tc   tcp connection
+ * @param rs   resulting rate sample
+ */
+void tcp_bt_sample_delivery_rate (tcp_connection_t * tc,
+                                 tcp_rate_sample_t * rs);
+/**
+ * Check if sample to be generated is app limited
+ *
+ * @param tc   tcp connection
+ */
+void tcp_bt_check_app_limited (tcp_connection_t * tc);
+/**
+ * Check if the byte tracker is in sane state
+ *
+ * Should be used only for testing
+ *
+ * @param bt   byte tracker
+ */
+int tcp_bt_is_sane (tcp_byte_tracker_t * bt);
 
 always_inline u32
 tcp_end_seq (tcp_header_t * th, u32 len)
@@ -550,7 +799,7 @@ tcp_flight_size (const tcp_connection_t * tc)
 {
   int flight_size;
 
-  flight_size = (int) (tc->snd_una_max - tc->snd_una) - tcp_bytes_out (tc)
+  flight_size = (int) (tc->snd_nxt - tc->snd_una) - tcp_bytes_out (tc)
     + tc->snd_rxt_bytes;
 
   if (flight_size < 0)
@@ -573,6 +822,9 @@ tcp_flight_size (const tcp_connection_t * tc)
 always_inline u32
 tcp_initial_cwnd (const tcp_connection_t * tc)
 {
+  if (tcp_main.initial_cwnd_multiplier > 0)
+    return tcp_main.initial_cwnd_multiplier * tc->snd_mss;
+
   if (tc->snd_mss > 2190)
     return 2 * tc->snd_mss;
   else if (tc->snd_mss > 1095)
@@ -581,6 +833,25 @@ tcp_initial_cwnd (const tcp_connection_t * tc)
     return 4 * tc->snd_mss;
 }
 
+/*
+ * Accumulate acked bytes for cwnd increase
+ *
+ * Once threshold bytes are accumulated, snd_mss bytes are added
+ * to the cwnd.
+ */
+always_inline void
+tcp_cwnd_accumulate (tcp_connection_t * tc, u32 thresh, u32 bytes)
+{
+  tc->cwnd_acc_bytes += bytes;
+  if (tc->cwnd_acc_bytes >= thresh)
+    {
+      u32 inc = tc->cwnd_acc_bytes / thresh;
+      tc->cwnd_acc_bytes -= inc * thresh;
+      tc->cwnd += inc * tc->snd_mss;
+      tc->cwnd = clib_min (tc->cwnd, tc->tx_fifo_size);
+    }
+}
+
 always_inline u32
 tcp_loss_wnd (const tcp_connection_t * tc)
 {
@@ -609,7 +880,7 @@ tcp_available_output_snd_space (const tcp_connection_t * tc)
  * Estimate of how many bytes we can still push into the network
  */
 always_inline u32
-tcp_available_snd_space (const tcp_connection_t * tc)
+tcp_available_cc_snd_space (const tcp_connection_t * tc)
 {
   u32 available_wnd = tcp_available_snd_wnd (tc);
   u32 flight_size = tcp_flight_size (tc);
@@ -628,63 +899,108 @@ tcp_is_lost_fin (tcp_connection_t * tc)
   return 0;
 }
 
-i32 tcp_rcv_wnd_available (tcp_connection_t * tc);
 u32 tcp_snd_space (tcp_connection_t * tc);
-void tcp_update_rcv_wnd (tcp_connection_t * tc);
-
-void tcp_retransmit_first_unacked (tcp_connection_t * tc);
-void tcp_fast_retransmit_no_sack (tcp_connection_t * tc);
-void tcp_fast_retransmit_sack (tcp_connection_t * tc);
-void tcp_fast_retransmit (tcp_connection_t * tc);
+int tcp_retransmit_first_unacked (tcp_worker_ctx_t * wrk,
+                                 tcp_connection_t * tc);
+int tcp_fast_retransmit_no_sack (tcp_worker_ctx_t * wrk,
+                                tcp_connection_t * tc, u32 burst_size);
+int tcp_fast_retransmit_sack (tcp_worker_ctx_t * wrk, tcp_connection_t * tc,
+                             u32 burst_size);
+int tcp_fast_retransmit (tcp_worker_ctx_t * wrk, tcp_connection_t * tc,
+                        u32 burst_size);
 void tcp_cc_init_congestion (tcp_connection_t * tc);
-int tcp_cc_recover (tcp_connection_t * tc);
-void tcp_cc_fastrecovery_exit (tcp_connection_t * tc);
+void tcp_cc_fastrecovery_clear (tcp_connection_t * tc);
 
 fib_node_index_t tcp_lookup_rmt_in_fib (tcp_connection_t * tc);
 
 /* Made public for unit testing only */
 void tcp_update_sack_list (tcp_connection_t * tc, u32 start, u32 end);
+u32 tcp_sack_list_bytes (tcp_connection_t * tc);
 
 always_inline u32
 tcp_time_now (void)
 {
-  return tcp_main.time_now[vlib_get_thread_index ()];
+  return tcp_main.wrk_ctx[vlib_get_thread_index ()].time_now;
 }
 
 always_inline u32
-tcp_set_time_now (u32 thread_index)
+tcp_time_now_w_thread (u32 thread_index)
 {
-  tcp_main.time_now[thread_index] = clib_cpu_time_now ()
-    * tcp_main.tstamp_ticks_per_clock;
-  return tcp_main.time_now[thread_index];
+  return tcp_main.wrk_ctx[thread_index].time_now;
 }
 
-always_inline void
-tcp_update_time (f64 now, u32 thread_index)
+/**
+ * Generate timestamp for tcp connection
+ */
+always_inline u32
+tcp_tstamp (tcp_connection_t * tc)
+{
+  return (tcp_main.wrk_ctx[tc->c_thread_index].time_now -
+         tc->timestamp_delta);
+}
+
+always_inline f64
+tcp_time_now_us (u32 thread_index)
 {
-  tcp_set_time_now (thread_index);
-  tw_timer_expire_timers_16t_2w_512sl (&tcp_main.timer_wheels[thread_index],
-                                      now);
-  tcp_flush_frames_to_output (thread_index);
+  return transport_time_now (thread_index);
 }
 
-u32 tcp_push_header (transport_connection_t * tconn, vlib_buffer_t * b);
+always_inline u32
+tcp_set_time_now (tcp_worker_ctx_t * wrk)
+{
+  wrk->time_now = clib_cpu_time_now () * tcp_main.tstamp_ticks_per_clock;
+  return wrk->time_now;
+}
 
-u32
-tcp_prepare_retransmit_segment (tcp_connection_t * tc, u32 offset,
-                               u32 max_bytes, vlib_buffer_t ** b);
+u32 tcp_session_push_header (transport_connection_t * tconn,
+                            vlib_buffer_t * b);
 
 void tcp_connection_timers_init (tcp_connection_t * tc);
 void tcp_connection_timers_reset (tcp_connection_t * tc);
 void tcp_init_snd_vars (tcp_connection_t * tc);
 void tcp_connection_init_vars (tcp_connection_t * tc);
+void tcp_connection_tx_pacer_update (tcp_connection_t * tc);
+void tcp_connection_tx_pacer_reset (tcp_connection_t * tc, u32 window,
+                                   u32 start_bucket);
 
 always_inline void
-tcp_connection_force_ack (tcp_connection_t * tc, vlib_buffer_t * b)
+tcp_cc_rcv_ack (tcp_connection_t * tc, tcp_rate_sample_t * rs)
+{
+  tc->cc_algo->rcv_ack (tc, rs);
+  tc->tsecr_last_ack = tc->rcv_opts.tsecr;
+}
+
+static inline void
+tcp_cc_rcv_cong_ack (tcp_connection_t * tc, tcp_cc_ack_t ack_type,
+                    tcp_rate_sample_t * rs)
+{
+  tc->cc_algo->rcv_cong_ack (tc, ack_type, rs);
+}
+
+static inline void
+tcp_cc_loss (tcp_connection_t * tc)
+{
+  tc->cc_algo->loss (tc);
+}
+
+static inline void
+tcp_cc_recovered (tcp_connection_t * tc)
 {
-  /* Reset flags, make sure ack is sent */
-  tc->flags = TCP_CONN_SNDACK;
-  vnet_buffer (b)->tcp.flags &= ~TCP_BUF_FLAG_DUPACK;
+  tc->cc_algo->recovered (tc);
+}
+
+static inline void
+tcp_cc_undo_recovery (tcp_connection_t * tc)
+{
+  if (tc->cc_algo->undo_recovery)
+    tc->cc_algo->undo_recovery (tc);
+}
+
+static inline void
+tcp_cc_event (tcp_connection_t * tc, tcp_cc_event_t evt)
+{
+  if (tc->cc_algo->event)
+    tc->cc_algo->event (tc, evt);
 }
 
 always_inline void
@@ -692,9 +1008,10 @@ tcp_timer_set (tcp_connection_t * tc, u8 timer_id, u32 interval)
 {
   ASSERT (tc->c_thread_index == vlib_get_thread_index ());
   ASSERT (tc->timers[timer_id] == TCP_TIMER_HANDLE_INVALID);
-  tc->timers[timer_id]
-    = tw_timer_start_16t_2w_512sl (&tcp_main.timer_wheels[tc->c_thread_index],
-                                  tc->c_c_index, timer_id, interval);
+  tc->timers[timer_id] =
+    tw_timer_start_16t_2w_512sl (&tcp_main.
+                                wrk_ctx[tc->c_thread_index].timer_wheel,
+                                tc->c_c_index, timer_id, interval);
 }
 
 always_inline void
@@ -704,7 +1021,8 @@ tcp_timer_reset (tcp_connection_t * tc, u8 timer_id)
   if (tc->timers[timer_id] == TCP_TIMER_HANDLE_INVALID)
     return;
 
-  tw_timer_stop_16t_2w_512sl (&tcp_main.timer_wheels[tc->c_thread_index],
+  tw_timer_stop_16t_2w_512sl (&tcp_main.
+                             wrk_ctx[tc->c_thread_index].timer_wheel,
                              tc->timers[timer_id]);
   tc->timers[timer_id] = TCP_TIMER_HANDLE_INVALID;
 }
@@ -714,11 +1032,14 @@ tcp_timer_update (tcp_connection_t * tc, u8 timer_id, u32 interval)
 {
   ASSERT (tc->c_thread_index == vlib_get_thread_index ());
   if (tc->timers[timer_id] != TCP_TIMER_HANDLE_INVALID)
-    tw_timer_stop_16t_2w_512sl (&tcp_main.timer_wheels[tc->c_thread_index],
-                               tc->timers[timer_id]);
-  tc->timers[timer_id] =
-    tw_timer_start_16t_2w_512sl (&tcp_main.timer_wheels[tc->c_thread_index],
-                                tc->c_c_index, timer_id, interval);
+    tw_timer_update_16t_2w_512sl (&tcp_main.
+                                 wrk_ctx[tc->c_thread_index].timer_wheel,
+                                 tc->timers[timer_id], interval);
+  else
+    tc->timers[timer_id] =
+      tw_timer_start_16t_2w_512sl (&tcp_main.
+                                  wrk_ctx[tc->c_thread_index].timer_wheel,
+                                  tc->c_c_index, timer_id, interval);
 }
 
 always_inline void
@@ -768,7 +1089,7 @@ tcp_persist_timer_reset (tcp_connection_t * tc)
 always_inline void
 tcp_retransmit_timer_update (tcp_connection_t * tc)
 {
-  if (tc->snd_una == tc->snd_una_max)
+  if (tc->snd_una == tc->snd_nxt)
     {
       tcp_retransmit_timer_reset (tc);
       if (tc->snd_wnd < tc->snd_mss)
@@ -787,123 +1108,31 @@ tcp_timer_is_active (tcp_connection_t * tc, tcp_timers_e timer)
 
 #define tcp_validate_txf_size(_tc, _a)                                         \
   ASSERT(_tc->state != TCP_STATE_ESTABLISHED                           \
-        || stream_session_tx_fifo_max_dequeue (&_tc->connection) >= _a)
-
-void
-scoreboard_remove_hole (sack_scoreboard_t * sb,
-                       sack_scoreboard_hole_t * hole);
-void scoreboard_update_lost (tcp_connection_t * tc, sack_scoreboard_t * sb);
-sack_scoreboard_hole_t *scoreboard_insert_hole (sack_scoreboard_t * sb,
-                                               u32 prev_index, u32 start,
-                                               u32 end);
-sack_scoreboard_hole_t *scoreboard_next_rxt_hole (sack_scoreboard_t * sb,
-                                                 sack_scoreboard_hole_t *
-                                                 start, u8 have_sent_1_smss,
-                                                 u8 * can_rescue,
-                                                 u8 * snd_limited);
-void scoreboard_init_high_rxt (sack_scoreboard_t * sb, u32 seq);
-
-always_inline sack_scoreboard_hole_t *
-scoreboard_get_hole (sack_scoreboard_t * sb, u32 index)
-{
-  if (index != TCP_INVALID_SACK_HOLE_INDEX)
-    return pool_elt_at_index (sb->holes, index);
-  return 0;
-}
-
-always_inline sack_scoreboard_hole_t *
-scoreboard_next_hole (sack_scoreboard_t * sb, sack_scoreboard_hole_t * hole)
-{
-  if (hole->next != TCP_INVALID_SACK_HOLE_INDEX)
-    return pool_elt_at_index (sb->holes, hole->next);
-  return 0;
-}
-
-always_inline sack_scoreboard_hole_t *
-scoreboard_prev_hole (sack_scoreboard_t * sb, sack_scoreboard_hole_t * hole)
-{
-  if (hole->prev != TCP_INVALID_SACK_HOLE_INDEX)
-    return pool_elt_at_index (sb->holes, hole->prev);
-  return 0;
-}
-
-always_inline sack_scoreboard_hole_t *
-scoreboard_first_hole (sack_scoreboard_t * sb)
-{
-  if (sb->head != TCP_INVALID_SACK_HOLE_INDEX)
-    return pool_elt_at_index (sb->holes, sb->head);
-  return 0;
-}
-
-always_inline sack_scoreboard_hole_t *
-scoreboard_last_hole (sack_scoreboard_t * sb)
-{
-  if (sb->tail != TCP_INVALID_SACK_HOLE_INDEX)
-    return pool_elt_at_index (sb->holes, sb->tail);
-  return 0;
-}
-
-always_inline void
-scoreboard_clear (sack_scoreboard_t * sb)
-{
-  sack_scoreboard_hole_t *hole;
-  while ((hole = scoreboard_first_hole (sb)))
-    {
-      scoreboard_remove_hole (sb, hole);
-    }
-  ASSERT (sb->head == sb->tail && sb->head == TCP_INVALID_SACK_HOLE_INDEX);
-  ASSERT (pool_elts (sb->holes) == 0);
-  sb->sacked_bytes = 0;
-  sb->last_sacked_bytes = 0;
-  sb->last_bytes_delivered = 0;
-  sb->snd_una_adv = 0;
-  sb->high_sacked = 0;
-  sb->high_rxt = 0;
-  sb->lost_bytes = 0;
-  sb->cur_rxt_hole = TCP_INVALID_SACK_HOLE_INDEX;
-}
-
-always_inline u32
-scoreboard_hole_bytes (sack_scoreboard_hole_t * hole)
-{
-  return hole->end - hole->start;
-}
-
-always_inline u32
-scoreboard_hole_index (sack_scoreboard_t * sb, sack_scoreboard_hole_t * hole)
-{
-  ASSERT (!pool_is_free_index (sb->holes, hole - sb->holes));
-  return hole - sb->holes;
-}
-
-always_inline void
-scoreboard_init (sack_scoreboard_t * sb)
-{
-  sb->head = TCP_INVALID_SACK_HOLE_INDEX;
-  sb->tail = TCP_INVALID_SACK_HOLE_INDEX;
-  sb->cur_rxt_hole = TCP_INVALID_SACK_HOLE_INDEX;
-}
+        || transport_max_tx_dequeue (&_tc->connection) >= _a)
 
 void tcp_rcv_sacks (tcp_connection_t * tc, u32 ack);
+u8 *tcp_scoreboard_replay (u8 * s, tcp_connection_t * tc, u8 verbose);
 
-always_inline void
-tcp_cc_algo_register (tcp_cc_algorithm_type_e type,
-                     const tcp_cc_algorithm_t * vft)
-{
-  tcp_main_t *tm = vnet_get_tcp_main ();
-  vec_validate (tm->cc_algos, type);
+/**
+ * Register exiting cc algo type
+ */
+void tcp_cc_algo_register (tcp_cc_algorithm_type_e type,
+                          const tcp_cc_algorithm_t * vft);
 
-  tm->cc_algos[type] = *vft;
-}
+/**
+ * Register new cc algo type
+ */
+tcp_cc_algorithm_type_e tcp_cc_algo_new_type (const tcp_cc_algorithm_t * vft);
+tcp_cc_algorithm_t *tcp_cc_algo_get (tcp_cc_algorithm_type_e type);
 
-always_inline tcp_cc_algorithm_t *
-tcp_cc_algo_get (tcp_cc_algorithm_type_e type)
+static inline void *
+tcp_cc_data (tcp_connection_t * tc)
 {
-  tcp_main_t *tm = vnet_get_tcp_main ();
-  return &tm->cc_algos[type];
+  return (void *) tc->cc_data;
 }
 
-void tcp_cc_init (tcp_connection_t * tc);
+void newreno_rcv_cong_ack (tcp_connection_t * tc, tcp_cc_ack_t ack_type,
+                          tcp_rate_sample_t * rs);
 
 /**
  * Push TCP header to buffer