KCP - A Fast and Reliable ARQ Protocol
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[![Powered][2]][1] [![Build Status][4]][5]
[](#backers)
[](#sponsors)
[1]: https://github.com/skywind3000/kcp
[2]: http://skywind3000.github.io/word/images/kcp.svg
[3]: https://raw.githubusercontent.com/skywind3000/kcp/master/kcp.svg
[4]: https://api.travis-ci.org/skywind3000/kcp.svg?branch=master
[5]: https://travis-ci.org/skywind3000/kcp
[README in English](https://github.com/skywind3000/kcp/blob/master/README.en.md)
# 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。
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。
# 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：
#### 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。
#### 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。
# 基本使用
1. 创建 KCP对象：
```cpp
// 初始化 kcp对象，conv为一个表示会话编号的整数，和tcp的 conv一样，通信双
// 方需保证 conv相同，相互的数据包才能够被认可，user是一个给回调函数的指针
ikcpcb *kcp = ikcp_create(conv, user);
```
2. 设置回调函数：
```cpp
// KCP的下层协议输出函数，KCP需要发送数据时会调用它
// buf/len 表示缓存和长度
// user指针为 kcp对象创建时传入的值，用于区别多个 KCP对象
int udp_output(const char *buf, int len, ikcpcb *kcp, void *user)
{
....
}
// 设置回调函数
kcp->output = udp_output;
```
3. 循环调用 update：
```cpp
// 以一定频率调用 ikcp_update来更新 kcp状态，并且传入当前时钟（毫秒单位）
// 如 10ms调用一次，或用 ikcp_check确定下次调用 update的时间不必每次调用
ikcp_update(kcp, millisec);
```
4. 输入一个下层数据包：
```cpp
// 收到一个下层数据包（比如UDP包）时需要调用：
ikcp_input(kcp, received_udp_packet, received_udp_size);
```
处理了下层协议的输出/输入后 KCP协议就可以正常工作了，使用 ikcp_send 来向
远端发送数据。而另一端使用 ikcp_recv(kcp, ptr, size)来接收数据。
# 协议配置
协议默认模式是一个标准的 ARQ，需要通过配置打开各项加速开关：
1. 工作模式：
```cpp
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：
```cpp
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. 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。
3. 最大传输单元：
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。
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：
```cpp
kcp->rx_minrto = 10;
```
# 文档索引
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），或者如何更好的同 TCP结合，那么可以继续延伸阅读：
- [Wiki Home](https://github.com/skywind3000/kcp/wiki)
- [KCP 最佳实践](https://github.com/skywind3000/kcp/wiki/KCP-Best-Practice)
- [同现有TCP服务器集成](https://github.com/skywind3000/kcp/wiki/Cooperate-With-Tcp-Server)
- [传输数据加密](https://github.com/skywind3000/kcp/wiki/Network-Encryption)
- [应用层流量控制](https://github.com/skywind3000/kcp/wiki/Flow-Control-for-Users)
- [性能评测](https://github.com/skywind3000/kcp/wiki/KCP-Benchmark)
# 开源案例
- [kcptun](https://github.com/xtaci/kcptun): 基于 kcp-go做的高速远程端口转发(隧道) ，配合ssh -D，可以比 shadowsocks 更流畅的看在线视频。
- [dog-tunnel](https://github.com/vzex/dog-tunnel): GO开发的网络隧道，使用 KCP极大的改进了传输速度，并移植了一份 GO版本 KCP
- [v2ray](https://www.v2ray.com)：著名代理软件，Shadowsocks 代替者，1.17后集成了 kcp协议，使用UDP传输，无数据包特征。
- [asio-kcp](https://github.com/libinzhangyuan/asio_kcp): 使用 KCP的完整 UDP网络库，完整实现了
kcp库代码 c c++
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2019-02-20
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