KCP协议

1 简介

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%，且最大延迟降低三部的传输效果。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。

2 技术特性

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另一端需要多少时间），以10%-20%带宽浪费的代价换取了比TCP快30%-40%的传输速度。TCP信道是一条流程很慢，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：

RTO翻倍 VS 不翻倍：

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启动快速度模式后不是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。

选择性重传 VS 全部重传：

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：

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。

延迟ACK VS 非延迟ACK：

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比较大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。

UNA VS ACK+UNA：

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。但传递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。

3 协议定义

3.1 KCP协议

type segment struct {
conv uint32 
// 发送端与接收端通信时的匹配数字，发送端发送的数据包中此值与接收端的conv值匹配一致时，接收端才会接受此包

cmd uint8 
// 改数据包的协议号，协议号有以下枚举：
// IKCP_CMD_PUSH = 81 // cmd: push data，数据包
// IKCP_CMD_ACK = 82 // cmd: ack，确认包，告诉对方收到数据包
// IKCP_CMD_WASK = 83 // cmd: window probe (ask)，询问远端滑动窗口的大小
// IKCP_CMD_WINS = 84 // cmd: window size (tell)，告知远端滑动窗口的大小

frg uint8
// 分帧号，由于udp传输有数据包大小的限制，因此，应用层一个数据包可能被分为多个udp包

制自己接下来发送数据的大小wnd uint16
// 滑动窗口的大小
// 当Segment做为发送数据时，此wnd为本机滑动窗口大小，用于告诉远端自己窗口剩余多少
// 当Segment做为接收到数据时，此wnd为远端滑动窗口大小，本机知道了远端窗口剩余多少后，可以控

ts uint32
// timestamp , 当前Segment发送时的时间戳

sn uint32
// Sequence Number,Segment数据包的编号

una uint32
// una即unacknowledged,未确认数据包的编号，表示此编号前的所有包都已收到了。

rto uint32
// rto即Retransmission TimeOut，即超时重传时间，在发送出去时根据之前的网络情况进行设置

xmit uint32
// 基本类似于Segment发送的次数，每发送一次会自加一。用于统计该Segment被重传了几次，用于参考，进行调节

resendts uint32
// 即resend timestamp , 指定重发的时间戳，当当前时间超过这个时间时，则再重发一次这个包。

fastack uint32
// 用于以数据驱动的快速重传机制；

// len uint32 c++版本有数据包的数据长度，go版本无此字段

data []byte}
// 协议数据的具体内容

3.2 enet协议对比

typedef struct _ENetProtocolHeader{
        enet_uint16 peerID;
        enet_uint16 sentTime;
} ENET_PACKED ENetProtocolHeader;

typedef struct _ENetProtocolCommandHeader{
        enet_uint8 command;enet_uint8 channelID;
        enet_uint16 reliableSequenceNumber;
} ENET_PACKED ENetProtocolCommandHeader;

4 流程图

4.1发送流程

4.2接收流程