KCP快速可靠網絡傳輸協(xié)議
KCP 是一個快速可靠協(xié)議，能以比 TCP浪費10%-20%的帶寬的代價，換取平均延遲降低 30%-40%，且最大延遲降低三倍的傳輸效果。純算法實現(xiàn)，并不負責底層協(xié)議（如UDP） 的收發(fā)，需要使用者自己定義下層數據包的發(fā)送方式，以 callback的方式提供給 KCP。 連時鐘都需要外部傳遞進來，內部不會有任何一次系統(tǒng)調用。
整個協(xié)議只有 ikcp.h, ikcp.c兩個源文件，可以方便的集成到用戶自己的協(xié)議棧中。 也許你實現(xiàn)了一個P2P，或者某個基于 UDP的協(xié)議，而缺乏一套完善的ARQ可靠協(xié)議實現(xiàn)， 那么簡單的拷貝這兩個文件到現(xiàn)有項目中，稍微編寫兩行代碼，即可使用。
技術特性
TCP是為流量設計的（每秒內可以傳輸多少KB的數據），講究的是充分利用帶寬。而KCP 是為流速設計的（單個數據包從一端發(fā)送到一端需要多少時間），以10%-20%帶寬浪費 的代價換取了比 TCP快30%-40%的傳輸速度。TCP信道是一條流速很慢，但每秒流量很大 的大運河，而KCP是水流湍急的小激流。KCP有正常模式和快速模式兩種，通過以下策略 達到提高流速的結果：
RTO翻倍vs不翻倍：
TCP超時計算是RTOx2，這樣連續(xù)丟三次包就變成RTOx8了，十分恐怖，而KCP啟動快速 模式后不x2，只是x1.5（實驗證明1.5這個值相對比較好），提高了傳輸速度。
選擇性重傳 vs 全部重傳：
TCP丟包時會全部重傳從丟的那個包開始以后的數據，KCP是選擇性重傳，只重傳真正 丟失的數據包。
快速重傳：
發(fā)送端發(fā)送了1,2,3,4,5幾個包，然后收到遠端的ACK: 1, 3, 4, 5，當收到ACK3時， KCP知道2被跳過1次，收到ACK4時，知道2被跳過了2次，此時可以認為2號丟失，不用 等超時，直接重傳2號包，大大改善了丟包時的傳輸速度。
延遲ACK vs 非延遲ACK：
TCP為了充分利用帶寬，延遲發(fā)送ACK（NODELAY都沒用），這樣超時計算會算出較大 RTT時間，延長了丟包時的判斷過程。KCP的ACK是否延遲發(fā)送可以調節(jié)。
UNA vs ACK+UNA：
ARQ模型響應有兩種，UNA（此編號前所有包已收到，如TCP）和ACK（該編號包已收到 ），光用UNA將導致全部重傳，光用ACK則丟失成本太高，以往協(xié)議都是二選其一，而 KCP協(xié)議中，除去單獨的 ACK包外，所有包都有UNA信息。
非退讓流控：
KCP正常模式同TCP一樣使用公平退讓法則，即發(fā)送窗口大小由：發(fā)送緩存大小、接收 端剩余接收緩存大小、丟包退讓及慢啟動這四要素決定。但傳送及時性要求很高的小 數據時，可選擇通過配置跳過后兩步，僅用前兩項來控制發(fā)送頻率。以犧牲部分公平 性及帶寬利用率之代價，換取了開著BT都能流暢傳輸的效果。
基本使用
-
創(chuàng)建 KCP對象：
// 初始化 kcp對象，conv為一個表示會話編號的整數，和tcp的 conv一樣，通信雙 // 方需保證 conv相同，相互的數據包才能夠被認可，user是一個給回調函數的指針 ikcpcb *kcp = ikcp_create(conv, user);
-
設置回調函數：
// KCP的下層協(xié)議輸出函數，KCP需要發(fā)送數據時會調用它 // buf/len 表示緩存和長度 // user指針為 kcp對象創(chuàng)建時傳入的值，用于區(qū)別多個 KCP對象 int udp_output(const char *buf, int len, ikcpcb *kcp, void *user) { .... } // 設置回調函數 kcp->output = udp_output; -
循環(huán)調用 update：
// 以一定頻率調用 ikcp_update來更新 kcp狀態(tài)，并且傳入當前時鐘（毫秒單位） // 如 10ms調用一次，或用 ikcp_check確定下次調用 update的時間不必每次調用 ikcp_update(kcp, millisec);
-
輸入一個下層數據包：
// 收到一個下層數據包（比如UDP包）時需要調用： ikcp_input(kcp, received_udp_packet, received_udp_size);
處理了下層協(xié)議的輸出/輸入后 KCP協(xié)議就可以正常工作了，使用 ikcp_send 來向 遠端發(fā)送數據。而另一端使用 ikcp_recv(kcp, ptr, size)來接收數據。
協(xié)議配置
協(xié)議默認模式是一個標準的 ARQ，需要通過配置打開各項加速開關：
-
工作模式：
int ikcp_nodelay(ikcpcb *kcp, int nodelay, int interval, int resend, int nc)
nodelay ：是否啟用 nodelay模式，0不啟用；1啟用。 interval ：協(xié)議內部工作的 interval，單位毫秒，比如 10ms或者 20ms resend ：快速重傳模式，默認0關閉，可以設置2（2次ACK跨越將會直接重傳） nc ：是否關閉流控，默認是0代表不關閉，1代表關閉。 普通模式：`ikcp_nodelay(kcp, 0, 40, 0, 0); 極速模式： ikcp_nodelay(kcp, 1, 10, 2, 1);
-
最大窗口：
int ikcp_wndsize(ikcpcb *kcp, int sndwnd, int rcvwnd);
該調用將會設置協(xié)議的最大發(fā)送窗口和最大接收窗口大小，默認為32.
-
最大傳輸單元：
純算法協(xié)議并不負責探測 MTU，默認 mtu是1400字節(jié)，可以使用ikcp_setmtu來設置 該值。該值將會影響數據包歸并及分片時候的最大傳輸單元。
-
最小RTO：
不管是 TCP還是 KCP計算 RTO時都有最小 RTO的限制，即便計算出來RTO為40ms，由 于默認的 RTO是100ms，協(xié)議只有在100ms后才能檢測到丟包，快速模式下為30ms，可 以手動更改該值：
kcp->rx_minrto = 10;
最佳實踐
內存分配器
默認KCP協(xié)議使用 malloc/free進行內存分配釋放，如果應用層接管了內存分配，可以 用ikcp_allocator來設置新的內存分配器，注意要在一開始設置：
ikcp_allocator(my_new_malloc, my_new_free);
前向糾錯注意
為了進一步提高傳輸速度，下層協(xié)議也許會使用前向糾錯技術。需要注意，前向糾錯會根 據冗余信息解出原始數據包。相同的原始數據包不要兩次input到KCP，否則將會導致kcp 以為對方重發(fā)了，這樣會產生更多的ack占用額外帶寬。
比如下層協(xié)議使用最簡單的冗余包：單個數據包除了自己外，還會重復存儲一次上一個數 據包，以及上上一個數據包的內容：
Fn = (Pn, Pn-1, Pn-2) P0 = (0, X, X) P1 = (1, 0, X) P2 = (2, 1, 0) P3 = (3, 2, 1)
這樣幾個包發(fā)送出去，接收方對于單個原始包都可能被解出3次來（后面兩個包任然會重 復該包內容），那么這里需要記錄一下，一個下層數據包只會input給kcp一次，避免過 多重復ack帶來的浪費。
管理大規(guī)模連接
如果需要同時管理大規(guī)模的 KCP連接（比如大于3000個），比如你正在實現(xiàn)一套類 epoll 的機制，那么為了避免每秒鐘對每個連接調用大量的調用 ikcp_update，我們可以使用 ikcp_check來大大減少 ikcp_update調用的次數。 ikcp_check返回值會告訴你需要 在什么時間點再次調用 ikcp_update（如果中途沒有 ikcp_send, ikcp_input的話， 否則中途調用了 ikcp_send, ikcp_input的話，需要在下一次interval時調用 update）
標準順序是每次調用了 ikcp_update后，使用 ikcp_check決定下次什么時間點再次調用 ikcp_update，而如果中途發(fā)生了 ikcp_send, ikcp_input的話，在下一輪 interval 立馬調用 ikcp_update和 ikcp_check。 使用該方法，原來在處理2000個 kcp連接且每 個連接每10ms調用一次update，改為 check機制后，cpu從 60%降低到 15%。
相關應用
- dog-tunnel: GO開發(fā)的網絡隧道，使用 KCP極大的改進了傳輸速度，并移植了一份 GO版本 KCP
- lua-kcp：KCP的 Lua擴展，用于 Lua服務器
- asio-kcp: 使用 KCP的完整 UDP網絡庫，完整實現(xiàn)了基于 UDP的鏈接狀態(tài)管理，會話控制，KCP協(xié)議調度等
協(xié)議比較
如果永遠不丟包那么 KCP和 TCP性能差不多，但網絡會卡，造成卡的原因就是丟包和抖動。在內網里直接比較，大家都差不多，但是放到公網上，放到3G/4G網絡情況下，或者使用內網丟包模擬，差距就很明顯了。公網在高峰期有平均接近10%的丟包，wifi/3g/4g下更糟糕，這正是造成各種網絡卡頓的元兇。
感謝 asio-kcp 的作者 zhangyuan 對 KCP 與 enet, udt做過的一次橫向評測，結論如下：
- ASIO-KCP has good performace in wifi and phone network(3G, 4G).
- Extra using 20% ~ 50% network flow for speed improvement.
- The kcp is the first choice for realtime pvp game.
- The lag is less than 1 second when network lag happen. 3 times better than enet when lag happen.
- The enet is a good choice if your game allow 2 second lag.
- UDT is a bad idea. It always sink into badly situation of more than serval seconds lag. And the recovery is not expected.
- enet has the problem of lack of doc. And it has lots of functions that you may intrest.
- kcp's doc is chinese. Good thing is the function detail which is writen in code is english. And you can use asio_kcp which is a good wrap.
- The kcp is a simple thing. You will write more code if you want more feature.
- UDT has a perfect doc. UDT may has more bug than others as I feeling.
具體見：橫向比較 和 評測數據，為猶豫選擇的人提供了更多指引。
歡迎捐贈
歡迎使用支付寶手掃描上面的二維碼，對該項目進行捐贈。捐贈款項將用于改進 KCP性能以及 后續(xù)持續(xù)優(yōu)化。