KCP中使用FEC纠错

一 KCP

KCP是什么

kcp是由韦一笑开发的一个开源项目

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。

特性

tcp面向吞吐，最大化利用带宽
kcp面向速度，快速响应
翻了一下文档，kcp所有的优化都是围绕重传进行的

rto优化

tcp中的rto使用来用控制超时重传时间用的，具体细节可以参考这两篇文章TCP/IP之RTO、RTT TCP/IP重传超时--RTO

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。

通过对rto的优化减少重传等待时间

选择重传

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。

减少重传数量

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。

减少重传等待时间

ack优化

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。

参考tcp_nodelay介绍

减少重传等待时间

arq优化

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。

ACK+UNA这种方案是为了实现上面的特性，比如如何让发送端知道丢包，进行快速重传。

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。

可以先了解下Tcp的拥塞窗口tcp之拥塞窗口 。 而kcp为了速度，可以禁用退让和满启动等导致发送变慢(速度慢不一定吞吐慢，tcp通过各种机制平衡)的特性。

其他参数

参考kcp基本使用手册

mtu

udp传输必然会碰到拆包组包的问题，那么单个包大小多小合适呢，这里可以参考一下UDP中一个包的大小最大能多大?
KCP中默认的包大小是1400,这个配置用在局域网压测比较合适，实际情况可以适当缩小。

窗口大小

作用类似tcp的发送和接收窗口默认32
参考 kcp的流控文档

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：

rto的计算方式参考TCP/IP重传超时--RTO

使用参数

• nodelay：控制rto，如果启动会在各个环节减少rto时间
• interval ：控制内部逻辑，主要是缓冲区的flash
• 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。

常用参数模式

1. 普通模式：ikcp_nodelay(kcp, 0, 40, 0, 0);
2. 极速模式：ikcp_nodelay(kcp, 1, 10, 2, 1);

二 FEC

什么是FEC

谈谈网络通信中的 FEC 基础

编码原理

Reed-Solomon纠删码简析

三 如何在KCP中使用FEC纠错

kcp的使用

kcp可以理解为一套协议栈，拥有拆包，组包，流控等功能，但是本身不具备收发能力。
因此业务上需要

1. 自行创建套接字
2. 收发不可靠数据(可能是无序的，可能是丢包的)
3. 把数据送给kcp协议栈
4. 通过kcp协议栈获得可靠数据（有序且完整）

kcp + fec

通过上文可以知道，kcp做了很多事情，虽然kcp对丢包超时等情况做了大量优化，但是在一些实时较高的场景（比如游戏）还是难以接受。此时fec就可以和kcp一起使用，利用fec的纠错机制进一步减少重传。
通过kcp的使用流程可知，fec最适合嵌入的位置是2和3之间，如果在把数据送入协议栈之前通过纠错，修复丢包的数据，那么协议栈就会认为数据是完整的，就不会要求发送端重传。

实现

目前已经有将kcp和fec融合的实现
c版本 https://github.com/xtaci/libkcp
go版本 https://github.com/xtaci/kcp-go

四 参数与性能

todo