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(2) 選擇重傳協議（selective repeat）（待補充）
查了不少KCP資料，可在很多文章中涉及到多種網絡底層術語和符號，對於網絡底層不怎麼了解的，看的簡直頭疼，還有對ARQ也缺乏描述，死磕了一段時間的網絡底層，才理解起來，因此在這篇文章裏會對各個涉及到的網絡術語進行解釋。主要針對對於網絡底層欠缺瞭解的同學。
大致說一下需要的前置知識，如果本文章沒有的話需要單獨瞭解一下。
- OSI模型，TCP/Ip模型（重點了解 傳輸層，網絡層，數據鏈路層，以及這些層的功能和傳輸單位）
- TCP實現原理（含可靠機制，本文章有講解），UDP實現原理
- ARQ（本文章有講解）
OK開始。
KCP是什麼？
官方簡介
官方地址：https://github.com/skywind3000/kcp
KCP是一個快速可靠協議，能以比 TCP浪費10%-20%的帶寬的代價，換取平均延遲降低 30%-40%，且最大延遲降低三倍的傳輸效果。純算法實現，並不負責底層協議（如UDP）的收發，需要使用者自己定義下層數據包的發送方式，以 callback的方式提供給 KCP。 連時鐘都需要外部傳遞進來，內部不會有任何一次系統調用。
術語解釋：
帶寬：是指在單位時間（一般指的是1秒鐘）內能傳輸的數據量。網絡和高速公路類似，帶寬越大，就類似高速公路的車道越多，其通行能力越強。
KCP到底是什麼？
嚴格意義上講KCP並不是一種網絡傳輸協議，它是爲UDP寫的可靠傳輸算法，它是把TCP的主要可靠傳輸機制移植到了UDP身上，讓UDP變的可靠了起來，所以想了解KCP的原理，就得先了解 TCP傳輸爲什麼可靠？UDP傳輸爲什麼不可靠？
KCP商業案例
KCP的實現原理
KCP的出發點主要就是爲了讓UDP變的可靠，大家可以自己先思考一下，如何讓UDP變的可靠？
答案就是把TCP的可靠機制移植過來，可TCP的可靠機制是在傳輸層完成的，而UDP在傳輸層無法保證數據的可靠傳輸，只能通過應用層來實現了。實現的方式可以參照tcp可靠性傳輸的方式，只是實現不在傳輸層，實現轉移到了應用層。這就是KCP做法，也是其他UDP可靠算法的做法，在UDP身上套一個可靠機制算法，只不過使用上會有差異而已。
（提示：對於傳輸層，應用層，鏈路層不瞭解的同學，可以先了解一下OSI7層模型，Tcp/ip參考模型）
附上圖：
So，瞭解了TCP可靠傳輸機制原理，那麼等於幾乎瞭解了KCP的實現原理，本文章重點會講 TCP的可靠機制，然後講KCP移植了哪些可靠機制，又與Tcp哪些地方不同。
TCP和UDP 可靠簡述：
- 在TCP協議中使用了接收確認和重傳機制。使得每一個信息都能保證到達，所以是可靠的。
- 而UDP是盡力傳送，沒有應答和重傳機制，UDP只是將信息發送出去，對方收不收到也不進行應答。所以UDP協議是不可靠的。
首先來講講TCP的可靠傳輸機制：
說到TCP可靠機制，先說一說自動重傳請求（Automatic Repeat-reQuest，ARQ），ARQ是屬於OSI模型中數據鏈路層的錯誤糾正協議之一，爲什麼說這個呢？因爲TCP傳輸層的主要可靠傳輸機制思想來自於ARQ。ARQ因現在鏈路的性能較好，目前在數據鏈路層很少採用。
總結成一句話就是TCP的可靠傳輸機制是在傳輸層完成的，而可靠機制原理應用的是ARQ的工作原理。搞懂了ARQ，就搞懂了真諦，當然TCP除了ARQ機制外，還有一些其他機制，本文章先講ARQ的可靠機制原理後再講TCP其他機制。
看協議之前先了解涉及到的符號以及術語
分組：分組是在互聯網中傳送數據的單元，把一個報文劃分爲幾個分組後再進行傳送，報文爲要發送的整塊數據。在發送報文之前，先把較長的報文劃分成爲一個個更小的等長數據段，在每一個數據段前面，加上一些由必要的控制信息組成的首部(header)，就構成了一個分組(packet)。
幀：所謂數據幀（Data frame），就是數據鏈路層的協議數據單元，它包括三部分：幀頭，數據部分，幀尾。其中，幀頭和幀尾包含一些必要的控制信息，比如同步信息、地址信息、差錯控制信息等；數據部分則包含網絡層傳下來的數據，比如IP數據包，等等。
TCP報文格式相關：
SYN：同步序列編號（Synchronize Sequence Numbers）。是TCP/IP建立連接時使用的握手信號。在客戶機和服務器之間建立正常的TCP網絡連接時，客戶機首先發出一個SYN消息，服務器使用SYN+ACK應答表示接收到了這個消息，最後客戶機再以ACK消息響應。這樣在客戶機和服務器之間才能建立起可靠的TCP連接。
FIN：（Finish）終結一個連接，是TCP/IP關閉連接時的揮手信號。
Seq：(Sequence Number) 是序列號，針對自身的，表示我發出去的數據分組，它的序列號。
Ack：(Acknowledge character）即是確認字符，在數據通信中，接收站發給發送站的一種傳輸類控制字符。表示發來的數據已確認接收無誤，回覆的ACK等於 = 發送方seq + 字節數 + 1，代表着已經收到發送方的s數據了, Ack是請求下一個seq數據。
PSH：發送(Push)。
RST：重置(Reset)
URG：緊急(Urgent)
Seq和Ack是保障TCK可靠傳輸的根本。爲了方便理解，貼上圖，此圖是TCP連接和傳輸過程圖：
接下來看看ARQ的幾種典型協議：
- 停等式ARQ（stop-and-wait）
- 連續ARQ
(1) 回退n幀（go-back-n）
(2) 選擇重傳協議（selective repeat） - 滑動窗口協議（sliding window）
回退n幀（go-back-n）和 選擇重傳協議（selective repeat）是滑動窗口技術與請求重發技術的結合，又稱其爲連續ARQ協議。區別在於對於出錯的數據報文的處理機制不同。
停等式ARQ協議
主要講兩個功能
- 確認機制
- 超時重傳
確認機制
- 發送方 發送數據，然後暫停發送，等待接收方的ACK確認
- 收到 接收方回覆的ACK(確認號)
- 發送下一個數據
如圖：
超時重傳
超時重傳：只要超過了一段時間還沒有收到確認，就認爲已發送的幀出錯或丟失了，因而重傳已發送過的幀。這就叫做超時重傳。
以下三種情況會進行超時重傳：
- 發送方 發送過程中出現差錯，導致接收方檢測出了差錯，丟棄了該數據幀。（發送方未收到確認應答，一直等待，直到超時）
- 發送方 發送過程中 丟失了（發送方未收到確認應答，一直等待，直到超時）
- 傳送延遲: 接收方接收成功後回覆了Ack確認,但是由於網絡原因延遲了, 也就是Ack確認在發送方超時後纔到達。而發送方超時時已經重傳了一次, 此時接收方要做的事情:丟棄重複分組,重新發送確認. 發送方如果收到兩個或者多個確認,除了第一個確認，丟棄其他確認.
如圖：
停止等待協議的優點是簡單,但缺點是信道的利用率太低,一次發送一條消息,使得信道的大部分時間內都是空閒的。
如下圖：
連續ARQ
由於停止等待ARQ協議信道利用率太低，所以需要使用連續ARQ協議來進行改善。這個協議會連續發送一組數據包，然後再等待這些數據包的ACK。
發送方採用流水線傳輸。流水線傳輸就是發送方可以連續發送多個分組，不必每發完一個分組就停下來等待對方確認。
如下圖所示
(1) 回退n幀（go-back-n）ARQ
發送方：發送方根據窗口大小不用等待接收方的應答，持續的發送多個幀，假如發現已發送的幀中有錯誤發生，那麼從那個發生錯誤的幀開始及其之後所有的幀全部再重新發送，這就叫回退n幀。
接收方：接收方一般都是採用累積確認的方式。也就是說接收方不必對收到的分組逐個發送確認。而是在收到幾個分組後，對按序到達的最後一個分組發送確認。如果收到了這個分組確認信息，則表示到這個分組爲止的所有分組都已經正確接收到了。
如圖：
在上圖中左側方發送的序列號爲0，1的數據，右測方已正確收到，並且回覆Ack確認成功，但右側方在收到序列號爲2的數據時，發現錯誤並丟棄，左側方等到超時後回退n幀到序列號爲2的數據，然後全部重傳一遍。
(2) 選擇重傳協議（selective repeat）（待補充）
它通過讓發送方僅重傳那些它懷疑在接收方出錯（即丟失或受損）的分組而避免了不必要的重傳。選擇重傳協議只重傳真正丟失的分組.
滑動窗口協議
TCP採用可變滑動窗口來實現流量控制。TCP連接的兩端交互作用，互相提供數據流的相關信息，包括報文段序列號、ACK號和窗口大小（即接收端的可用空間）。發送端根據這些信息動態調節窗口大小來控制發送，以達到流量控制的目的。每個TCP頭部的窗口大小字段表明接收端可用緩存空間的大小。
每個TCP連接的兩端都維護一組窗口：發送窗口結構（send window structure）和接收窗口結構（receive window structure）。TCP以字節爲單位維護其窗口結構。TCP頭部中的窗口大小字段相對ACK號有一個字節的偏移量。發送端計算其可用窗口，即它可以立即發送的數據量。可用窗口（允許發送但還未發送）計算值爲提供窗口（即由接收端通告的窗口）大小減去在傳（已發送但未得到確認）的數據量。圖中P1、P2、P3分別記錄了窗口的左邊界、下次發送的序列號、右邊界。
如下圖所示，
隨着發送端接收到返回的數據ACK，滑動窗口也隨之右移。發送端根據接收端返回的ACK可以得到兩個重要的信息：一是接收端期望收到的下一個字節序號；二是當前的窗口大小（再結合發送端已有的其他信息可以得出還能發送多少字節數據）。如下圖所示
如上文所述，窗口大小是動態變化的，如下圖所示，每次發送數據都會附帶窗口大小。
TCP應用的ARQ機制和其他機制（待更新）
接下來看一下KCP和TCP的對比：（待補充）
其他對比待更新
來自官方對比
- 選擇性重傳 vs 全部重傳：
TCP丟包時會全部重傳從丟的那個包開始以後的數據，KCP是選擇性重傳，只重傳真正丟失的數據包。（也就是TCP採用的是回退n幀，而KCP採用的選擇性重傳）快速重傳：
發送端發送了1,2,3,4,5幾個包，然後收到遠端的ACK: 1, 3, 4, 5，當收到ACK3時，KCP知道2被跳過1次，收到ACK4時，知道2被跳過了2次，此時可以認爲2號丟失，不用等超時，直接重傳2號包，大大改善了丟包時的傳輸速度。延遲ACK vs 非延遲ACK
TCP爲了充分利用帶寬，延遲發送ACK（NODELAY都沒用），這樣超時計算會算出較大 RTT時間，延長了丟包時的判斷過程。KCP的ACK是否延遲發送可以調節。UNA vs ACK+UNA
ARQ模型響應有兩種，UNA（此編號前所有包已收到，如TCP）和ACK（該編號包已收到），光用UNA將導致全部重傳，光用ACK則丟失成本太高，以往協議都是二選其一，而 KCP協議中，除去單獨的 ACK包外，所有包都有UNA信息。非退讓流控
KCP正常模式同TCP一樣使用公平退讓法則，即發送窗口大小由：發送緩存大小、接收端剩餘接收緩存大小、丟包退讓及慢啓動這四要素決定。但傳送及時性要求很高的小數據時，可選擇通過配置跳過後兩步，僅用前兩項來控制發送頻率。以犧牲部分公平性及帶寬利用率之代價，換取了開着BT都能流暢傳輸的效果。
KCP源碼解析
UDP收到的包，不斷通過kcp_input餵給KCP，KCP會對這部分數據（KCP協議數據）進行解包，重新封裝成應用層用戶數據，應用層通過kcp_recv獲取。應用層通過kcp_send發送數據，KCP會把用戶數據拆分kcp數據包，通過kcp_output，以UDP（send）的方式發送。
源碼字段中名詞說明：
•用戶數據：應用層發送的數據，如一張圖片2Kb的數據•MTU：最大傳輸單元。即每次發送的最大數據•RTO：Retransmission TimeOut，重傳超時時間。•cwnd：congestion window，擁塞窗口，表示發送方可發送多少個KCP數據包。與接收方窗口有關，與網絡狀況（擁塞控制）有關，與發送窗口大小有關。•Rwnd：receiver window,接收方窗口大小，表示接收方還可接收多少個KCP數據包•snd_queue：待發送KCP數據包隊列•snd_nxt：下一個即將發送的kcp數據包序列號•snd_una：下一個待確認的序列號
KCP應用場景：（待補充）
適用場景是客戶端與服務端交互很頻繁的遊戲。
- 幀同步
- 狀態同步
參考文章：
- https://blog.csdn.net/guoweimelon/article/details/50879588 TCP連續ARQ協議和滑動窗口協議
- https://www.jianshu.com/p/6a4ec6095f2c TCP 可靠性保證
- https://www.jianshu.com/p/e16ae45239ca TCP的可靠性傳輸
- https://www.cnblogs.com/blythe/articles/7348812.html TCP連續ARQ協議和滑動窗口協議
- https://wenku.baidu.com/view/75395bdbcc175527062208a1.html 數據鏈路層(ARQ,PPP)
- https://blog.csdn.net/btb5e6nsu1g511eg5xeg/article/details/80165735 分分鐘讀懂tcp/ip通信協議原理(含視頻)
- https://blog.csdn.net/weixin_42867972/article/details/82054814 TCP/IP 模型 與 OSI 七層模型的對應關係
- https://blog.csdn.net/qq_37653144/article/details/82765098 TCP滑動窗口與流量控制
- 其他
