UDP的可靠传输

◼ ACK机制    (用来确认对方到底有没有收到)

◼ 重传机制    (在协议栈不会重传)

◼ 序号机制 3 2 1 -》2 3 1  (先发的包不一定最先到达)

◼ 重排机制 2 3 1 ->3 2 1  (将收到的包进行重组)

◼ 窗口机制 

Tcp不用我们管

可靠性udp 5种机制都需要用户层处理

udp场景

1）实时性要求：  音视频的通话 、  游戏(王者荣耀) 。

2）节省资源的要求： 嵌入式设备（电池供电） ， 手机状态报告 、户外设备

UDP与TCP，我们如何选择

UDP在传输的时候buffer一定要小于MTU。MT大小标准是1500

sendto(user data)         运营商头 + userdata + udp头(8字节) + IP头(20字节) = 1500-8-20=1472        sento一般来讲最大1400字节 

udp是报文传输，必须一次性读完。如果不读完，剩余部分就会被丢弃。TCP是流式传输，可以分块来读取数据。

 在网络中，我们认为传输是不可靠的，而在很多场景下我们需要的是可靠的数据， 所谓的可靠，指的是数据能够正常收到，且能够顺序收到，于是就有了ARQ协议， TCP之所以可靠就是基于此。

ARQ协议(Automatic Repeat-reQuest)

ARQ协议(Automatic Repeat-reQuest)，即自动重传请求，是传输层的错误纠正协 议之一，它通过使用确认和超时两个机制，在不可靠的网络上实现可靠的信息 传输。ARQ协议主要有3种模式：

1. 即停等式(stop-and-wait)ARQ

停等协议的工作原理如下： 1、发送方对接收方发送数据包，然后等待接收方回复ACK并且开始计时。 2、在等待过程中，发送方停止发送新的数据包。 3、当数据包没有成功被接收方接收，接收方不会发送ACK.这样发送方在等待一 定时间后，重新发送数据包。 4、反复以上步骤直到收到从接收方发送的ACK.

2. 回退n帧(go-back-n)ARQ，

为了克服停等协议长时间等待ACK的缺陷，连续ARQ协议会连续发送一组数据包，然后再 等待这些数据包的ACK。

什么是滑动窗口：发送方和接收方都会维护一个数据帧的序列，这个序列被称作窗口。发送方的 窗口大小由接收方确定，目的在于控制发送速度，以免接收方的缓存不够大，而导致溢出，同时控 制流量也可以避免网络拥塞。协议中规定，对于窗口内未经确认的分组需要重传。

回退N步(Go-Back-N,GBN)：回退N步协议允许发送方在等待超时的间歇，可以继续发送分 组。所有发送的分组，都带有序号。在GBN协议中，发送方需响应以下三种事件： 1、上层的调用。上层调用相应send()时，发送方首先要检查发送窗口是否已满。 2、接收ACK。在该协议中，对序号为n的分组的确认采取累积确认的方式，表明接收方已 正确接收到序号n以前(包括n)的所有分组。 3、超时。若出现超时，发送方将重传所有已发出但还未被确认的分组对于接收方来说，若一个序号为n的分组被正确接收，并且按序，则接收方会为该分组返 回一个ACK给发送方，并将该分组中的数据交付给上层。在其他情况下，接收方都会丢弃 分组。若分组n已接收并交付，那么所有序号比n小的分组也已完成了交付。因此GBN采用 累积确认是一个很自然的选择。发送方在发完一个窗口里的所有分组后，会检查最大的有 效确认，然后从最大有效确认的后一个分组开始重传。

3. 选择性重传(selective repeat)ARQ

 虽然GBN改善了停等协议中时间等待较长的缺陷，但它依旧存在着性能问题。特别是当窗口长度很大的时候，会使效率大大降低。而SR协议通过让发送方仅重传在接收方丢失或损坏了的分组，从而避免了不必要的重传，提高了效率。在SR协议下，发送方需响应以下三种事件：

1、从上层收到数据。当从上层收到数据后，发送方需检查下一个可用于该分组的 序号。若序号在窗口中则将数据发送。 2、接收ACK。若收到ACK，且该分组在窗口内，则发送方将那个被确认的分组标记 为已接收。若该分组序号等于基序号，则窗口序号向前移动到具有最小序号的未确 认分组处。若窗口移动后并且有序号落在窗口内的未发送分组，则发送这些分组。 3、超时。若出现超时，发送方将重传已发出但还未确认的分组。与GBN不同的是， SR协议中的每个分组都有独立的计时器。

在SR协议下，接收方需响应以下三种事件：

(假设接收窗口的基序号为4，分组长度也为4) 1、序号在[4,7]内的分组被正确接收。该情况下，收到的分组落在接收方的窗口内，一个ACK 将发送给发送方。若该分组是以前没收到的分组，则被缓存。若该分组的序号等于基序号4， 则该分组以及以前缓存的序号连续的分组都交付给上层，然后，接收窗口将向前移动。 2、序号在[0,3]内的分组被正确接收。在该情况下，必须产生一个ACK，尽管该分组是接收方 以前已确认过的分组。若接收方不确认该分组，发送方窗口将不能向前移动。 3、其他情况。忽略该分组 对于接收方来说，若一个分组正确接收而不管其是否按序，则接收方会为该分组返回一个ACK 给发送方。失序的分组将被缓存，直到所有丢失的分组都被收到，这时才可以将一批分组按 序交付给上层。

RTO（Retransmission TimeOut）即重传超时时间。

RTT(Round-Trip Time)： 往返时延。表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自 接收端的确认（接收端收到数据后便立即发送确认），总共经历的时延。 由三部分组成： ◼ 链路的传播时间（propagation delay） ◼ 末端系统的处理时间、 ◼ 路由器缓存中的排队和处理时间（queuing delay） 其中，前两个部分的值对于一个TCP连接相对固定，路由器缓存中的排队和处理时间会 随着整个网络拥塞程度的变化而变化。 所以RTT的变化在一定程度上反应网络的拥塞程度。

流量控制

双方在通信的时候，发送方的速率与接收方的速率是不一定相等，如果发送方 的发送速率太快，会导致接收方处理不过来，这时候接收方只能把处理不过来 的数据存在缓存区里（失序的数据包也会被存放在缓存区里）。

如果缓存区满了发送方还在疯狂着发送数据，接收方只能把收到的数据包丢掉， 大量的丢包会极大着浪费网络资源，因此，我们需要控制发送方的发送速率， 让接收方与发送方处于一种动态平衡才好。

对发送方发送速率的控制，称之为流量控制。

流量控制-如何控制？

接收方每次收到数据包，可以在发送确定报文的时候，同时告诉发送方自己的缓存区还剩 余多少是空闲的，我们也把缓存区的剩余大小称之为接收窗口大小，用变量win来表示接 收窗口的大小。

发送方收到之后，便会调整自己的发送速率，也就是调整自己发送窗口的大小，当发送方 收到接收窗口的大小为0时，发送方就会停止发送数据，防止出现大量丢包情况的发生。

流量控制-发送方何时再继续发送数据?

 当发送方停止发送数据后，该怎样才能知道自己可以继续发送数据？

1. 当接收方处理好数据，接受窗口 win > 0 时，接收方发个通知报文去通知发送方，告诉他可以继续发 送数据了。当发送方收到窗口大于0的报文时，就继续发送数据。

2. 当发送方收到接受窗口 win = 0 时，这时发送方停止发送报文，并且同时开启一个定时器，每隔一段 时间就发个测试报文去询问接收方，打听是否可以继续发送数据了，如果可以，接收方就告诉他此时 接受窗口的大小；如果接受窗口大小还是为0，则发送方再次刷新启动定时器。

流量控制-小结

 1. 通信的双方都拥有两个滑动窗口，一个用于接受数据，称之为接收窗口；一个用于 发送数据，称之为拥塞窗口(即发送窗口)。指出接受窗口大小的通知我们称之为窗口 通告。

2. 接收窗口的大小固定吗？接受窗口的大小是根据某种算法动态调整的。

3. 接收窗口越大越好吗？当接收窗口达到某个值的时候，再增大的话也不怎么会减少 丢包率的了，而且还会更加消耗内存。所以接收窗口的大小必须根据网络环境以及 发送发的的拥塞窗口来动态调整。

4. 发送窗口和接受窗口相等吗？接收方在发送确认报文的时候，会告诉发送发自己的 接收窗口大小，而发送方的发送窗口会据此来设置自己的发送窗口，但这并不意味 着他们就会相等。首先接收方把确认报文发出去的那一刻，就已经在一边处理堆在 自己缓存区的数据了，所以一般情况下接收窗口 >= 发送窗口。

拥塞控制

拥塞控制和流量控制虽然采取的动作很相似，但拥塞控制与网络的拥堵情况相关联，而流量控制与接收方的缓存状态相关联。

UDP如何可靠，KCP协议在哪些方面有优势

RTO(超时重传时间) 

 减少应答包的数量

 

 KCP精讲-名词说明

用户数据：应用层发送的数据，如一张图片2Kb的数据

MTU：最大传输单元。即每次发送的最大数据

RTO：Retransmission TimeOut，重传超时时间。

cwnd:congestion window，拥塞窗口，表示发送方可发送多少个KCP数据包。 与接收方窗口有关，与网络状况（拥塞控制）有关，与发送窗口大小有关。

rwnd:receiver window,接收方窗口大小，表示接收方还可接收多少个KCP数据包

snd_queue:待发送KCP数据包队列

snd_nxt:下一个即将发送的kcp数据包序列号

snd_una:下一个待确认的序列号

kcp使用方式

1. 创建 KCP对象：ikcpcb *kcp = ikcp_create(conv, user);

        通过一个唯一标识符表示一个双方通信的通道。 （会话ID)

2. 设置传输回调函数（如UDP的send函数）：kcp->output = udp_output; 1. 真正发送数据需要调用sendto

3. 循环调用 update：ikcp_update(kcp, millisec);

4. 输入一个应用层数据包（如UDP收到的数据包）： ikcp_input(kcp,received_udp_packet,received_udp_size); 1. 我们要使用recvfrom接收，然后扔到kcp里面做解析

5. 发送数据：ikcp_send(kcp1, buffer, 8);   用户层接口 

6. 接收数据：hr = ikcp_recv(kcp2, buffer, 10);   用户层读取数据

kcp源码流程图

kcp配置模式

1. 工作模式：int ikcp_nodelay(ikcpcb *kcp, int nodelay, int interval, int resend, int nc)  nodelay ：是否启用 nodelay模式，0不启用；1启用。  interval ：协议内部工作的 interval，单位毫秒，比如 10ms或者 20ms  resend ：快速重传模式，默认0关闭，可以设置2（2次ACK跨越将会直接重传）  nc ：是否关闭流控，默认是0代表不关闭，1代表关闭。 普通模式： ikcp_nodelay(kcp, 0, 40, 0, 0); 极速模式： ikcp_nodelay(kcp, 1, 10, 2, 1) 2. 最大窗口：int ikcp_wndsize(ikcpcb *kcp, int sndwnd, int rcvwnd); 该调用将会设置协议的最大发送窗口和最大接收窗口大小，默认为32，单位为包。

3. 最大传输单元：int ikcp_setmtu(ikcpcb *kcp, int mtu); kcp协议并不负责探测 MTU，默认 mtu是1400字节

4. 最小RTO：不管是 TCP还是 KCP计算 RTO时都有最小 RTO的限制，即便计算出来RTO为 40ms，由于默认的 RTO是100ms，协议只有在100ms后才能检测到丢包，快速模式下为 30ms，可以手动更改该值： kcp->rx_minrto = 10；

kcp协议头

  conv:连接号。UDP是无连接的，conv用于表示来自于哪个 客户端。对连接的一种替代

 cmd:命令字。如，IKCP_CMD_ACK确认命令， IKCP_CMD_WASK接收窗口大小询问命令， IKCP_CMD_WINS接收窗口大小告知命令，

 frg:分片，用户数据可能会被分成多个KCP包，发送出去

       frg : 从高到低 

 wnd:接收窗口大小，发送方的发送窗口不能超过接收方 给出的数值

 ts:时间序列

 sn:序列号

 una:下一个可接收的序列号。其实就是确认号，收到 sn=10的包，una为11

 len：数据长度

 data:用户数据

 

kcp发送数据过程 

kcp接收数据过程