介绍一种基于UDP快速可靠的KCP协议

Labs 导读

KCP是一种基于UDP的快速可靠协议，能以比TCP浪费10%-20%的带宽的代价，换取平均延迟降低30%-40%，且最大延迟可以降低70%的传输效果，是一种纯算法的二进制协议。

Part 01 ●什么是KCP协议●

KCP是一个开源的快速可靠ARQ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。KCP是一层纯算法实现，并不负责底层协议（如UDP）的收发，用户自己定义下层数据包的发送方式，以callback的方式提供给KCP。内部不会有任何一次系统调用，包括时钟也需要外部传递进来。

KCP整个协议只有ikcp.h、ikcp.c两个源文件，可以方便用户根据自己的需要集成到用户自己的协议栈中。

所以可以把KCP协议看做应用层协议，底层采用UDP协议。但是在严格意义上讲KCP并不是一种网络传输协议，它是为UDP写的可靠传输算法，它是把TCP的主要可靠传输机制移植到了UDP身上，让UDP变的可靠了起来。

Part 02 ●KCP的协议特性●

TCP是为流量（每秒内可以传输多少KB的数据）设计的，讲究的是充分利用带宽。而KCP是为流速（单个数据包从一端发送到一端需要多少时间）设计的，以10%-20%带宽浪费的代价换取了比TCP快30%-40%的传输速度。如果将TCP信道比喻为一条流速很慢，但每秒流量很大的大运河，那么KCP就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。

1、RTO不翻倍

RTO(Retransmission TimeOut)重传超时时间，TCP超时计算是RTOx2，这样连续丢三次包就变成RTO×8了，而KCP启动快速模式后不x2，只是x1.5，提高了传输速度。

2、选择重传

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

3、快速重传

TCP重传模式超时重传：超过规定的时间RTO则重传。

快速重传：收到3个冗余ACK，不去等待RTO，直接重传。比如发送端发送了1、2、3、4、5...几个包后，然后收到远端的ACK：1、3、4，当收到ACK3时，KCP知道2被跳过1次，收到ACK4时，知道2被跳过2次，收到Ack5时，此时可以认为2已丢失，不用等待RTO，直接进行重传2，大大改善了丢包时的传输速度。

4、延迟ACK vs 非延迟ACK

TCP在连续ARQ协议中，不会将一连串的每个数据都响应一次，而是延迟发送ACK，目的是为充分利用带宽，这样延迟发送ACK导致RTT时间较大，延长了丢包时的判断过程；而KCP的ACK是否延迟发送可以调节。

5、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，TCP使用UNA模式，有丢包全部重传问题；KCP有单独ACK，且数据包和ACK包都带UNA信息，有效降低ACK丢失成本。

6、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为代价，换取流畅传输的效果。

Part 03 ●KCP应用案例●

KCP协议的商业案例：

明日帝国：Game K17的《明日帝国》（Google Play），使用KCP加速游戏消息，让全球玩家流畅联网。

仙灵大作战：4399的MOBA游戏，使用KCP优化游戏同步。

CC：网易CC使用kcp加速视频推流，有效提高流畅性。

BOBO：网易BOBO使用kcp加速主播推流。

云帆加速：使用KCP加速文件传输和视频推流，优化了台湾主播推流的流畅度。

SpatialOS：大型多人分布式游戏服务端引擎，BigWorld的后继者，使用KCP加速数据传输。

KCP的优势在丢包率高的网络环境下才会显示出来。如果无丢包，TCP和KCP的效率差别打不，可能只是少了建立/关闭连接。一般来讲，在公网上传输的应用均可使用，特别是对实时性要求较高的程序，如客户端与服务端交互很频繁的游戏。

审核编辑：刘清