网络篇01 | kcp（王者荣耀）

kcp是一个快速可靠协议（也可以叫udp的可靠性传输）。结合了tcp的可靠性和udp的传输速度等优点，能以⽐ TCP浪费10%-20%带宽的代价，换取平均延迟降低 30%-40%，且 最⼤延迟降低三倍的传输效果。使用纯算法实现，不负责底层协议（如udp）的收发，内部没有系统调用。

01 kcp报文格式

https://gitee.com/tipsdark/kcp-netty.git

• 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, 因为有 conv , 所以KCP也是⽀持多路复⽤的。
• cmd :命令类型，只有四种。
  IKCP_CMD_ACK，确认命令；
  IKCP_CMD_PUSH，数据推送命令；
  KCP_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。
• 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, （其实是接收窗⼝的剩余⼤⼩，这个⼤⼩是动态变化的)
• ts : 时间序列
• sn : 序列号
• una :下⼀个可接收的序列号（连续的序列）。其实就是确认号，收到sn=10的包，una为11
• len :数据⻓度(DATA的⻓度)
• data :⽤户数据

02 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。
• RTT： 一个报文段发送出去，到收到对应确认包的时间差。
• 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_buf：发送消息的缓存，存放处于发送状态的数据（比如调用了sendto后）
• snd_queue：待发送KCP数据包队列，暂存分片、排序后的数据，当发送缓存有空之后就会放入发送缓存。
• 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
• rcv_buf：接收消息的缓存, 还不能直接供用户读取的数据
• rcv_queue：接收消息的队列, 是已经确认可以供用户读取的数据（已经排好序）

03 技术特点

超时重传时间

• TCP超时计算是RTOx2，这样连续丢三次包就变成RTOx8了，⼗分恐怖；
• ⽽KCP启动快速模式后不x2， 只是x1.5（实验证明1.5这个值相对⽐较好），提⾼了传输速度。

RTO(Retransmission-TimeOut)即重传超时时间，TCP是基于ARQ协议实现的可靠性，KCP也是基于ARQ协议实现的可靠性，但TCP的超时计算是RTO2，而KCP的超时计算是RTO1.5，也就是说假如连续丢同一个包3次，TCP第3次重传是RTO8，而KCP则是RTO3.375，意味着可以更快地重新传输数据。通过4字节ts计算RTT(Round-Trip-Time)即往返时延，再通过RTT计算RTO，ts(timestamp)即当前segment发送时的时间戳。

超时重传机制

• TCP丢包时会全部重传从丢的那个包开始以后的数据；
• KCP是选择性重传，只重传真正丢失的数据包。

快速重传机制

发送端发送了1,2,3,4,5⼏个包，如果2包丢失；

• kcp快速重传机制为：收到远端回复的ACK: 1, 3, 4, 5，当收到ACK3时，KCP知道2被跳过1 次，收到ACK4时，知道2被跳过了2次，此时可以认为2号丢失，不⽤等超时，直接重传2号包，⼤⼤改善 了丢包时的传输速度。

ACK机制对比

• TCP为了充分利⽤带宽，延迟发送ACK（NODELAY都没⽤），这样超时计算会算出较⼤ RTT时间，延⻓ 了丢包时的判断过程。
• KCP的ACK是否延迟发送可以调节。

收包确认机制对比

• ARQ模型响应有两种，UNA（此编号前所有包已收到，如TCP）和ACK（该编号包已收到），光⽤UNA将 导致全部重传，光⽤ACK则丢失成本太⾼，以往协议都是⼆选其⼀，⽽ KCP协议中，除去单独的 ACK包 外，所有包都有UNA信息。

非退让流控

• KCP正常模式同TCP⼀样使⽤公平退让法则，即发送窗⼝⼤⼩由：发送缓存⼤⼩、接收端剩余接收缓存大小、丢包退让及慢启动这四要素决定。但传送及时性要求很⾼的⼩数据时，可选择通过配置跳过后两步，仅⽤前两项来控制发送频率。以牺牲部分公平性及带宽利⽤率之代价，换取了开着BT都能流畅传输的效果。

04 kcp参数

待补充。

05 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 （最大传输单元），默认 mtu 是 1400 字节

3）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;