闲聊：最近想要做一个用在网络游戏领域的网络控制协议小玩具，大体聊聊构思的想法

本文主要是介绍闲聊：最近想要做一个用在网络游戏领域的网络控制协议小玩具，大体聊聊构思的想法，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

这个控制协议跟 “猛禽 UDP/IP Aggligator 宽频聚合器”，是不同的，因为预期该网络控制协议，预计侧重在网络游戏加速这块。

所以它与多数网络控制协议，会有一定的不同。

但要先分析具体的目标场景，基本现代所有的 UDP/IP 应用层网络协议，都具备丢包重传控制，当然有一些是不在乎丢包的。

所以，一般来说保证 UDP/IP 不丢包，是没有太大意义的，因为这只会出现以下两种情况：

1、UDP/IP 网络应用，可以丢包，它们会忽略这类问题，因为不重要。

2、UDP/IP 网络应用，自己带了，可靠CC（类似 KCP/TCP/QUIC 的控制协议）。

那么类似网络应用产品（有）：

1、灵境奇谈（封灵笔记）

2、CS:GO （反恐精英：全球攻势/cs2）

3、Warframe（星际战甲）

回到正题，既然知晓了问题的所在，那么就来开始按照不同的应用场景来调优，每个不同的网络应用调优方法是不同的。

但，我们通常预期目标都是为了减少网络抖动、只要产生丢包，那么网络抖动就会非常严重，而且在现代网络之中，因为路由跃点之间的不同，客户端到服务器之间的网络路由是随时波动的，即便路由没有变动，也会因为路由本身的QOS管理策略，导致帧的先后顺序发生改变（即乱序问题）产生抖动问题，因为若客户端需要排序，那么在收到来自未来帧时，是先缓存在接收方队列之中，等待确认帧（包）的到达，在这个空窗期就会产生抖动问题。

所以对于游戏加速，为了质量最好，会有两个以下解决方案：

1、对于UDP/IP带控制协议的网络游戏

我们可以采用，当收到游戏UDP数据包之后立即发出到服务器，并且为每个数据包标记帧序号，接收方，可以根据在1 ~ 5个毫秒内跳过的帧号，来评估网络的丢包层度。

注意：是采用旁路观察的办法，即控制协议来决定，发送方应该发送多少个冗余包，即：当收到客户端A包之后，发出几个包到服务器，如果丢失了一个包、由于冗余多发，虽然占用了更大的带宽，但延迟、抖动这块是基本被抹平了。

比如：

我们可以通过测算出来的每个帧需要发送几次，可以评估为：10个包丢一个包，则冗余发送一个包，5个包丢一个包，则冗余发送两个包，虽然这可能浪费更多的网络带宽。

网络之中5个包丢一个包，放大到3倍，产生一个包都无法到达的可能性几乎是没有的，在保证RTT、抖动不变大的情况，这是最佳解决方案，即通过冗余传送来保证。

但接收方一般拿需要确保不会出现重复帧转发的问题，即可：接收方收到已经转发过的帧不能再次转发，但为了可靠性也可以再次转发过去，让目的服务器自己处理它，但前提是目的是服务器允许这样的行为，这个要靠人们自己去测算。

网络游戏加速一般都是定向分析，定向研究加速解决方案的。

另外一种是做一个带ARQ（自动请求重传）的控制协议，这种像TCP/IP流控协议的做法就没有那么好了。

我们可以如此这般设计并处理，但它仍旧会产生一个抖动问题。

1、帧带上序号跟确认号。

2、接收方收到帧后，如果是当前确认号就确认并且交付

如果序号小于确认号，只要不是序号回绕问题，就丢弃帧。

如果序号大于确认号，就预先缓存在接收方队列之中。

当然如果缓存的数据包，已经占用了窗口大小的 50% 以上，就立即发出ACK+NAK包

另外为了提高效率，当连续收到 “2 ~ 3” 个来自未来的包（跳过），那么可以立即发出ACK+NAK 包，但建议是放在跟下面 Delay 一毫秒后在处理。（可以理解为：快速重传机制）

否则检查设定一个毫秒后ACK的计时器句柄，在一个毫秒之后检查，因为这一个毫秒过后可能网卡会达到无数个包，此时在判断那些包已经收到，那些包被跳过，在发出ACK+NAK数据包告诉服务器，可以一定减少昂贵的带宽资源浪费。

接收方收到ACK+NAK包以后，更新发送方的窗口大小，并且删除自己的已经缓存的数据包（尽快释放内存资源占用）、并且NAK上面指示的没有收到包重新发送出去。

注意：NAK为否定应答（即接收方发出没有收到的帧到发送方），对的网络游戏加速，比较适合按照帧来确认，帧填充的方式来传输，而不是流式传输。

重传时间（测算）：默认情况下单位为1秒，在第一个测量出来的RTT（往返时间）这个可以从链接握手时确定。

即：客户端发送链接建立的帧、到服务器应答客户端应答帧的第一个RTT时间作为SRTT、RTT_VAL（RTT/2）初始值。

关于重传时间的时间可以采用下面的公式，TCP/IP（但需要魔改）

R = RTT

SRTT = 平滑RTT时间

RTTVAL = RTT因子

第一个RTT测量：

K = 4（常数）

SRTT = R

RTTVAR = R/2

RTO = SRTT + max(G，K*RTTVAR)

第二个RTT测量：（及之后）

注意：它需要通过 “NPU/SSE” 浮点数来运算

alpha=1/8

beta=1/4

RTTVAR = (1 - beta) * RTTVAR + beta * |SRTT - R|

SRTT = (1 - alpha) * SRTT + alpha * R

RTO = SRTT + max (G, K*RTTVAR)

补充：

G为时间精度常数，在内核之中它被设定为200毫秒。

Linux TCP_RTO_MIN, TCP_RTO_MAX and the tcp_retries2 sysctl (pracucci.com)

#define TCP_RTO_MAX ((unsigned)(120*HZ))
#define TCP_RTO_MIN ((unsigned)(HZ/5))

下述为KCP控制协议算法的RTO重传时间计算公式：

它与上面的公式区别不大，只是对系数微调的区别，即：KCP约为TCP/IP控制协议重传时间除以1.25~1.5倍左右。

static void ikcp_update_ack(ikcpcb *kcp, IINT32 rtt)
{IINT32 rto = 0;if (kcp->rx_srtt == 0) {kcp->rx_srtt = rtt;kcp->rx_rttval = rtt / 2;}	else {long delta = rtt - kcp->rx_srtt;if (delta < 0) delta = -delta;kcp->rx_rttval = (3 * kcp->rx_rttval + delta) / 4;kcp->rx_srtt = (7 * kcp->rx_srtt + rtt) / 8;if (kcp->rx_srtt < 1) kcp->rx_srtt = 1;}rto = kcp->rx_srtt + _imax_(kcp->interval, 4 * kcp->rx_rttval);kcp->rx_rto = _ibound_(kcp->rx_minrto, rto, IKCP_RTO_MAX);
}

但同时，需要设置一个最小RTO时间的边界值（临界值），这个值根据实际生产需要，可以设置为40、100毫秒即可，但对于游戏加速这种场景设置为40 ~ 60毫秒，一般会比较合理，RTO不能太小，否则会浪费大量带宽的，我们应该通过快速重传的方式来处理，而不是依赖于设计的控制协议RTO自动重发来处理。

关于发送方，因为根据接收方传递过来的窗口大小来发送数据，为了提高效率：应该是对面接收方有足够接受能力收到足够大的字节数时，一次性把发送队列之中带传输的数据包输出过去，在根据接收方投递的ACK/NAK来实时更新窗口大小，以便评估是否需要继续发送数据到接收方。

但需要注意一点：接收方跟发送方之间，建议采用 “背负式确认” 的方式来处理，这可以减少没必要单独的 ACK 报文发出，节约两端的网络带宽资源，但这可能会带来一定对于网络控制协议栈编程的复杂度。

RTO 值得计算用KCP修改后的系数会比较好一些，当然人们仍旧可以大胆得重新调整系数，无外乎是牺牲更多带宽，还是更小网络带宽得问题，另外也可以选用 BBRplus（BBR+）得调效模式，尽量避免提高RTO重传时间，以避免网络吞吐效率的降低，但这会增加网络拥塞层度的问题。

补充：

简单说一说SWS问题（糊涂窗口综合症问题）

在控制协议之中，我们大家都是通过窗口来评估对方的接收能力，如果对方窗口堆满，我们就不能发送。

所以对方只要收取且交付数据就需要更新窗口大小，但不可能为了更新窗口大小，每次都去立即发出ACK报文。

我在上篇文中没有着重的探讨这个问题，而是说推迟确认（延迟1毫秒）都是为了解决，类似如这个SWS糊涂窗口问题。

但仍可以通过算法评估解决该问题的ACK发出时机。

可以窗口边缘滑动了：
1/4缓冲区 or 4个MSS大小

来评估是否立即发出ACK报文，迫使发送方更新接收方窗口大小，否则应在下个正常发出帧数据背负式确认。