tcp: cubic fast convergence
[vpp.git] / src / vnet / tcp / tcp.h
index 176de2c..5b235b6 100644 (file)
 #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 */
@@ -117,9 +118,12 @@ extern timer_expiration_handler tcp_timer_retransmit_syn_handler;
   _(SENT_RCV_WND0, "Sent 0 rcv_wnd")           \
   _(RECOVERY, "Recovery")                      \
   _(FAST_RECOVERY, "Fast Recovery")            \
-  _(FR_1_SMSS, "Sent 1 SMSS")                  \
+  _(DCNT_PENDING, "Disconnect pending")                \
   _(HALF_OPEN_DONE, "Half-open completed")     \
   _(FINPNDG, "FIN pending")                    \
+  _(FRXT_PENDING, "Fast-retransmit pending")   \
+  _(FRXT_FIRST, "Fast-retransmit first again") \
+  _(DEQ_PENDING, "Pending dequeue acked")      \
 
 typedef enum _tcp_connection_flag_bits
 {
@@ -158,7 +162,7 @@ enum
 };
 
 #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
@@ -246,6 +250,7 @@ u8 *format_tcp_scoreboard (u8 * s, va_list * args);
 typedef enum _tcp_cc_algorithm_type
 {
   TCP_CC_NEWRENO,
+  TCP_CC_CUBIC,
 } tcp_cc_algorithm_type_e;
 
 typedef struct _tcp_cc_algorithm tcp_cc_algorithm_t;
@@ -259,6 +264,7 @@ typedef enum _tcp_cc_ack_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 */
@@ -297,7 +303,7 @@ typedef struct _tcp_connection
   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 */
@@ -306,34 +312,42 @@ typedef struct _tcp_connection
   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 */
   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 limited_transmit;        /**< snd_nxt when limited transmit starts */
   u32 last_fib_check;  /**< Last time we checked fib route for peer */
   u32 sw_if_index;     /**< Interface for the connection */
+  u32 tx_fifo_size;    /**< Tx fifo size. Used to constrain cwnd */
 } tcp_connection_t;
 
+/* *INDENT-OFF* */
 struct _tcp_cc_algorithm
 {
+  const char *name;
+  uword (*unformat_cfg) (unformat_input_t * input);
   void (*rcv_ack) (tcp_connection_t * tc);
   void (*rcv_cong_ack) (tcp_connection_t * tc, tcp_cc_ack_t ack);
   void (*congestion) (tcp_connection_t * tc);
   void (*recovered) (tcp_connection_t * tc);
   void (*init) (tcp_connection_t * tc);
 };
+/* *INDENT-ON* */
 
 #define tcp_fastrecovery_on(tc) (tc)->flags |= TCP_CONN_FAST_RECOVERY
 #define tcp_fastrecovery_off(tc) (tc)->flags &= ~TCP_CONN_FAST_RECOVERY
@@ -342,9 +356,12 @@ 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))
@@ -353,7 +370,7 @@ 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_error
@@ -372,13 +389,47 @@ typedef struct _tcp_lookup_dispatch
 typedef struct tcp_worker_ctx_
 {
   CLIB_CACHE_LINE_ALIGN_MARK (cacheline0);
-  u32 time_now;                                        /**< worker time */
-  tw_timer_wheel_16t_2w_512sl_t timer_wheel;   /**< worker timer wheel */
-  u32 *tx_buffers;                             /**< tx buffer free list */
-  vlib_frame_t *tx_frames[2];                  /**< tx frames for tcp 4/6
-                                                    output nodes */
-  vlib_frame_t *ip_lookup_tx_frames[2];                /**< tx frames for ip 4/6
-                                                    lookup nodes */
+  /** 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_main
@@ -405,9 +456,20 @@ typedef struct _tcp_main
   /* Congestion control algorithms registered */
   tcp_cc_algorithm_t *cc_algos;
 
+  /** vlib buffer size */
+  u32 bytes_per_buffer;
+
+  /*
+   * 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;
+
   /** Number of preallocated connections */
   u32 preallocated_connections;
   u32 preallocated_half_open_connections;
@@ -418,14 +480,18 @@ typedef struct _tcp_main
   u32 last_v6_address_rotor;
   ip6_address_t *ip6_src_addresses;
 
-  /** vlib buffer size */
-  u32 bytes_per_buffer;
+  /** Enable tx pacing for new connections */
+  u8 tx_pacing;
 
   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;
@@ -440,6 +506,12 @@ 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)
 {
@@ -525,12 +597,20 @@ void tcp_send_reset_w_pkt (tcp_connection_t * tc, vlib_buffer_t * pkt,
                           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);
 
 always_inline u32
 tcp_end_seq (tcp_header_t * th, u32 len)
@@ -600,6 +680,25 @@ 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)
 {
@@ -647,10 +746,15 @@ tcp_is_lost_fin (tcp_connection_t * tc)
   return 0;
 }
 
-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);
+u32 tcp_snd_space (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);
 void tcp_cc_fastrecovery_exit (tcp_connection_t * tc);
 
@@ -667,26 +771,39 @@ tcp_time_now (void)
 }
 
 always_inline u32
-tcp_set_time_now (u32 thread_index)
+tcp_time_now_w_thread (u32 thread_index)
 {
-  tcp_main.wrk_ctx[thread_index].time_now = clib_cpu_time_now ()
-    * tcp_main.tstamp_ticks_per_clock;
   return tcp_main.wrk_ctx[thread_index].time_now;
 }
 
+always_inline f64
+tcp_time_now_us (u32 thread_index)
+{
+  return transport_time_now (thread_index);
+}
+
+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_push_header (tcp_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)
 {
-  /* Reset flags, make sure ack is sent */
-  tc->flags = TCP_CONN_SNDACK;
-  vnet_buffer (b)->tcp.flags &= ~TCP_BUF_FLAG_DUPACK;
+  tc->cc_algo->rcv_ack (tc);
+  tc->tsecr_last_ack = tc->rcv_opts.tsecr;
 }
 
 always_inline void
@@ -804,6 +921,14 @@ void tcp_cc_algo_register (tcp_cc_algorithm_type_e type,
 
 tcp_cc_algorithm_t *tcp_cc_algo_get (tcp_cc_algorithm_type_e type);
 
+static inline void *
+tcp_cc_data (tcp_connection_t * tc)
+{
+  return (void *) tc->cc_data;
+}
+
+void newreno_rcv_cong_ack (tcp_connection_t * tc, tcp_cc_ack_t ack_type);
+
 /**
  * Push TCP header to buffer
  *