KCP协议应用详解：为速度而生的可靠传输协议

一、概述

在当今互联网应用中，实时性和流畅性至关重要，尤其是在网络游戏、视频会议和在线直播等场景中。传统的TCP协议虽然提供可靠的数据传输，但其复杂的拥塞控制机制和重传策略会导致较高的延迟，难以满足实时应用的需求。而UDP协议虽然速度快，但缺乏可靠性，数据包丢失和乱序问题会影响应用体验。

二、为什么需要引入KCP

在介绍KCP前，我们先回顾下TCP和UDP的特性

TCP主要保障链接可靠性，但是对传送效率不做保证。

UDP 传送效率最大，但是对传输可靠性无法保证。

那么怎么才能做到既要保证可靠性又保证传输效率呢

三、KCP简介

这个时候KCP协议应运而生，它旨在弥补TCP和UDP的不足，在保证可靠性的前提下，提供更低的延迟和更高的传输效率。

KCP协议简介

KCP（KCP Protocol）是一种基于UDP的可靠传输协议，由国内开发者skywind3000于2014年开源。它借鉴了TCP协议的可靠传输机制，例如确认应答、超时重传、流量控制等，但对其进行了精简和优化，使其更适合实时应用场景。

KCP协议的特点

•低延迟： KCP协议采用更激进的重传策略，减少数据包重传的等待时间，从而降低延迟。

•高吞吐量： KCP协议可以根据网络状况动态调整发送速率，充分利用网络带宽，提高传输效率。

•可靠性： KCP协议提供可靠的传输机制，确保数据包按序到达，并支持选择性重传，只重传丢失的数据包。

•灵活性： KCP协议提供丰富的配置选项，可以根据应用场景调整参数，例如延迟、吞吐量和可靠性之间的权衡。

KCP协议的工作原理

KCP协议在UDP的基础上实现了类似TCP的可靠传输机制，主要包括以下几个方面：

1.确认应答（ACK）：接收方收到数据包后，会发送ACK确认包给发送方，告知已成功接收。

2.超时重传：发送方发送数据包后，会启动定时器，如果在规定时间内没有收到ACK确认包，则会重传该数据包。

3.流量控制： KCP协议使用滑动窗口机制进行流量控制，防止发送方发送过多数据导致接收方缓冲区溢出。

4.拥塞控制： KCP协议采用简单的拥塞控制算法，根据网络状况调整发送速率，避免网络拥塞。

KCP协议的应用场景

KCP协议凭借其低延迟、高吞吐量和可靠性的特点，广泛应用于各种实时性要求较高的场景，例如：

•移动场景： KCP协议可以降低移动场景延迟，提高移动应用流畅度，为玩家提供更好的移动场景体验。（王者荣耀，机器人实时控制）

•视频会议： KCP协议可以减少视频卡顿和延迟，保证视频会议的流畅进行。

•在线直播： KCP协议可以降低直播延迟，提高直播的实时性和互动性。

•物联网： KCP协议可以应用于物联网设备之间的数据传输，提高数据传输的效率和可靠性。

•

KCP协议的优缺点

优点：

•低延迟

•高吞吐量

•可靠性高

•灵活可配置

缺点：

•实现复杂度高于UDP

•需要额外的带宽开销

•对网络抖动敏感

•

四、如何使用

github.com/xtaci/kcptu...

scss 复制代码

// 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);

arduino 复制代码

   // 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;

scss 复制代码

// 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);

scss 复制代码

// 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);

五、总结

针对移动场景下，特别是到服务器的延迟无法稳定在2ms内，消息收发RTT无法一直稳定在3ms的情况下。

均可以引入KCP替换TCP，实现1RTT消息收发。缩短用户测app的响应时间

目前已经引入KCP优化用户体验的商业如下

•原神：米哈游的《原神》使用 KCP 降低游戏消息的传输耗时，提升操作的体验。

•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。

•西山居：使用 KCP 进行游戏数据加速。

•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

•UU：网易 UU 加速器使用 KCP/KCPTUN 经行远程传输加速。

•阿里云：阿里云的视频传输加速服务 GRTN 使用 KCP 进行音视频数据传输优化，动态加速产品也使用 KCP。

通过牺牲单次传输3~8%的额外带宽换取延迟稳定性，优化消息丢包。

介于篇幅限制，将会在下篇内容中。通过循环发送500条消息队列的情况下。分别测试tcp，kcp在不同网络状况下的性能表现。