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@ -3,57 +3,38 @@ KCP - A Fast and Reliable ARQ Protocol
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# 简介
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KCP是一个快速可靠协议,能以比 TCP浪费10%-20%的带宽的代价,换取平均延迟降低
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30%-40%,且最大延迟降低三倍的传输效果。纯算法实现,并不负责底层协议(如UDP)
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的收发,需要使用者自己定义下层数据包的发送方式,以 callback的方式提供给 KCP。
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连时钟都需要外部传递进来,内部不会有任何一次系统调用。
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KCP是一个快速可靠协议,能以比 TCP浪费10%-20%的带宽的代价,换取平均延迟降低 30%-40%,且最大延迟降低三倍的传输效果。纯算法实现,并不负责底层协议(如UDP)的收发,需要使用者自己定义下层数据包的发送方式,以 callback的方式提供给 KCP。 连时钟都需要外部传递进来,内部不会有任何一次系统调用。
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整个协议只有 ikcp.h, ikcp.c两个源文件,可以方便的集成到用户自己的协议栈中。
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也许你实现了一个P2P,或者某个基于 UDP的协议,而缺乏一套完善的ARQ可靠协议实现,
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那么简单的拷贝这两个文件到现有项目中,稍微编写两行代码,即可使用。
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整个协议只有 ikcp.h, ikcp.c两个源文件,可以方便的集成到用户自己的协议栈中。也许你实现了一个P2P,或者某个基于 UDP的协议,而缺乏一套完善的ARQ可靠协议实现,那么简单的拷贝这两个文件到现有项目中,稍微编写两行代码,即可使用。
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# 技术特性
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TCP是为流量设计的(每秒内可以传输多少KB的数据),讲究的是充分利用带宽。而KCP
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是为流速设计的(单个数据包从一端发送到一端需要多少时间),以10%-20%带宽浪费
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的代价换取了比 TCP快30%-40%的传输速度。TCP信道是一条流速很慢,但每秒流量很大
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的大运河,而KCP是水流湍急的小激流。KCP有正常模式和快速模式两种,通过以下策略
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达到提高流速的结果:
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TCP是为流量设计的(每秒内可以传输多少KB的数据),讲究的是充分利用带宽。而 KCP是为流速设计的(单个数据包从一端发送到一端需要多少时间),以10%-20%带宽浪费的代价换取了比 TCP快30%-40%的传输速度。TCP信道是一条流速很慢,但每秒流量很大的大运河,而KCP是水流湍急的小激流。KCP有正常模式和快速模式两种,通过以下策略达到提高流速的结果:
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#### RTO翻倍vs不翻倍:
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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
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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。
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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。
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#### 选择性重传 vs 全部重传:
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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
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丢失的数据包。
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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。
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#### 快速重传:
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发送端发送了1,2,3,4,5几个包,然后收到远端的ACK: 1, 3, 4, 5,当收到ACK3时,
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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
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等超时,直接重传2号包,大大改善了丢包时的传输速度。
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发送端发送了1,2,3,4,5几个包,然后收到远端的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。
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#### 延迟ACK vs 非延迟ACK:
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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
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RTT时间,延长了丢包时的判断过程。KCP的ACK是否延迟发送可以调节。
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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,延长了丢包时的判断过程。KCP的ACK是否延迟发送可以调节。
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#### UNA vs ACK+UNA:
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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
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),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
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KCP协议中,除去单独的 ACK包外,所有包都有UNA信息。
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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。
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#### 非退让流控:
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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
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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
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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
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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。
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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。
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# 基本使用
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@ -118,65 +99,30 @@ TCP是为流量设计的(每秒内可以传输多少KB的数据),讲究的
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```cpp
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int ikcp_wndsize(ikcpcb *kcp, int sndwnd, int rcvwnd);
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```
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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.
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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. 这个可以理解为 TCP的 SND_BUF 和 RCV_BUF,只不过单位不一样 SND/RCV_BUF 单位是字节,这个单位是包。
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3. 最大传输单元:
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纯算法协议并不负责探测 MTU,默认 mtu是1400字节,可以使用ikcp_setmtu来设置
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该值。该值将会影响数据包归并及分片时候的最大传输单元。
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纯算法协议并不负责探测 MTU,默认 mtu是1400字节,可以使用ikcp_setmtu来设置该值。该值将会影响数据包归并及分片时候的最大传输单元。
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4. 最小RTO:
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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
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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
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以手动更改该值:
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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:
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```cpp
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kcp->rx_minrto = 10;
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```
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# 最佳实践
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#### 内存分配器
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# 更多内容
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默认KCP协议使用 malloc/free进行内存分配释放,如果应用层接管了内存分配,可以
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用ikcp_allocator来设置新的内存分配器,注意要在一开始设置:
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协议的使用和配置都是很简单的,大部分情况看完上面的内容基本可以使用了。如果你需要进一步进行精细的控制,比如改变 KCP的内存分配器,或者你需要更有效的大规模调度 KCP链接(比如 3500个以上),或者想把它和 TCP结合,那么可以继续延伸阅读:
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> ikcp_allocator(my_new_malloc, my_new_free);
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[KCP 最佳实践](wiki/KCP-Best-Practice)
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#### 前向纠错注意
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# 相关应用
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[dog-tunnel](https://github.com/vzex/dog-tunnel): GO语言开发的网络隧道,使用了 KCP协议,并将 KCP移植到了一个 GO版本的实现
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[lua-kcp](https://github.com/linxiaolong/lua-kcp):KCP的 Lua扩展,用于 Lua服务器
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为了进一步提高传输速度,下层协议也许会使用前向纠错技术。需要注意,前向纠错会根
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据冗余信息解出原始数据包。相同的原始数据包不要两次input到KCP,否则将会导致kcp
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以为对方重发了,这样会产生更多的ack占用额外带宽。
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比如下层协议使用最简单的冗余包:单个数据包除了自己外,还会重复存储一次上一个数
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据包,以及上上一个数据包的内容:
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```cpp
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Fn = (Pn, Pn-1, Pn-2)
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P0 = (0, X, X)
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P1 = (1, 0, X)
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P2 = (2, 1, 0)
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P3 = (3, 2, 1)
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```
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这样几个包发送出去,接收方对于单个原始包都可能被解出3次来(后面两个包任然会重
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复该包内容),那么这里需要记录一下,一个下层数据包只会input给kcp一次,避免过
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多重复ack带来的浪费。
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#### 管理大规模连接
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如果需要同时管理大规模的 KCP连接(比如大于3000个),比如你正在实现一套类 epoll
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的机制,那么为了避免每秒钟对每个连接调用大量的调用 ikcp_update,我们可以使用
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ikcp_check来大大减少 ikcp_update调用的次数。 ikcp_check返回值会告诉你需要
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在什么时间点再次调用 ikcp_update(如果中途没有 ikcp_send, ikcp_input的话,
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否则中途调用了 ikcp_send, ikcp_input的话,需要在下一次interval时调用 update)
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标准顺序是每次调用了 ikcp_update后,使用 ikcp_check决定下次什么时间点再次调用
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ikcp_update,而如果中途发生了 ikcp_send, ikcp_input的话,在下一轮 interval
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立马调用 ikcp_update和 ikcp_check。 使用该方法,原来在处理2000个 kcp连接且每
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个连接每10ms调用一次update,改为 check机制后,cpu从 60%降低到 15%。
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# 欢迎捐赠
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