也许是世界上最快的UDP传输工具
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[1]: https://images.microbadger.com/badges/image/xtaci/kcptun.svg
[2]: https://microbadger.com/images/xtaci/kcptun
[3]: https://travis-ci.org/xtaci/kcptun.svg?branch=master
[4]: https://travis-ci.org/xtaci/kcptun
[5]: https://goreportcard.com/badge/github.com/xtaci/kcptun
[6]: https://goreportcard.com/report/github.com/xtaci/kcptun
[7]: https://img.shields.io/badge/license-MIT-blue.svg
[8]: https://raw.githubusercontent.com/xtaci/kcptun/master/LICENSE.md
[11]: https://img.shields.io/badge/license-MIT-blue.svg
[12]: LICENSE.md
[13]: https://img.shields.io/github/release/xtaci/kcptun.svg
[14]: https://github.com/xtaci/kcptun/releases/latest
[15]: https://img.shields.io/github/downloads/xtaci/kcptun/total.svg?maxAge=1800
[16]: https://github.com/xtaci/kcptun/releases
[17]: https://img.shields.io/badge/KCP-Powered-blue.svg
[18]: https://github.com/skywind3000/kcp
[19]: https://badges.gitter.im/xtaci/kcptun.svg
[20]: https://gitter.im/xtaci/kcptun?utm_source=badge&utm_medium=badge&utm_campaign=pr-badge
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### 快速设定
客户端、服务器分别**下载**对应平台的二进制压缩包，并**解压**，通过下面的命令**启动**端口转发。
```
服务器: ./server_linux_amd64 -t "服务器IP地址:8388" -l ":4000" -mode fast2
客户端: ./client_darwin_amd64 -r "服务器IP地址:4000" -l ":8388" -mode fast2
```
以上命令可以实现8388/tcp端口的转发（通过4000/udp端口）。
### 速度对比
* 测速网站: https://fast.com
* 接入速度: 100Mbps
* WIFI: 5GHz TL-WDR3320
### 使用方法
在Mac OS X El Capitan下的帮助输出，注意默认值:
```
$ ./client_darwin_amd64 -h
NAME:
kcptun - client(with SMUX)
USAGE:
client_darwin_amd64 [global options] command [command options] [arguments...]
VERSION:
20161025
COMMANDS:
help, h Shows a list of commands or help for one command
GLOBAL OPTIONS:
--localaddr value, -l value local listen address (default: ":12948")
--remoteaddr value, -r value kcp server address (default: "vps:29900")
--key value pre-shared secret between client and server (default: "it's a secrect") [$KCPTUN_KEY]
--crypt value aes, aes-128, aes-192, salsa20, blowfish, twofish, cast5, 3des, tea, xtea, xor, none (default: "aes")
--mode value profiles: fast3, fast2, fast, normal (default: "fast")
--conn value set num of UDP connections to server (default: 1)
--autoexpire value set auto expiration time(in seconds) for a single UDP connection, 0 to disable (default: 0)
--mtu value set maximum transmission unit for UDP packets (default: 1350)
--sndwnd value set send window size(num of packets) (default: 128)
--rcvwnd value set receive window size(num of packets) (default: 1024)
--datashard value set reed-solomon erasure coding - datashard (default: 10)
--parityshard value set reed-solomon erasure coding - parityshard (default: 3)
--dscp value set DSCP(6bit) (default: 0)
--nocomp disable compression
--log value specify a log file to output, default goes to stderr
-c value config from json file, which will override the command from shell
--help, -h show help
--version, -v print the version
$ ./server_darwin_amd64 -h
NAME:
kcptun - server(with SMUX)
USAGE:
server_darwin_amd64 [global options] command [command options] [arguments...]
VERSION:
20161025
COMMANDS:
help, h Shows a list of commands or help for one command
GLOBAL OPTIONS:
--listen value, -l value kcp server listen address (default: ":29900")
--target value, -t value target server address (default: "127.0.0.1:12948")
--key value pre-shared secret between client and server (default: "it's a secrect") [$KCPTUN_KEY]
--crypt value aes, aes-128, aes-192, salsa20, blowfish, twofish, cast5, 3des, tea, xtea, xor, none (default: "aes")
--mode value profiles: fast3, fast2, fast, normal (default: "fast")
--mtu value set maximum transmission unit for UDP packets (default: 1350)
--sndwnd value set send window size(num of packets) (default: 1024)
--rcvwnd value set receive window size(num of packets) (default: 1024)
--datashard value set reed-solomon erasure coding - datashard (default: 10)
--parityshard value set reed-solomon erasure coding - parityshard (default: 3)
--dscp value set DSCP(6bit) (default: 0)
--nocomp disable compression
--log value specify a log file to output, default goes to stderr
-c value config from json file, which will override the command from shell
--help, -h show help
--version, -v print the version
```
#### 分层参数图
### 内置模式
响应速度:
*fast3 > fast2 >* **[fast]** *> normal > default*
有效载荷比:
*default > normal >* **[fast]** *> fast2 > fast3*
中间mode参数比较均衡，总之就是越快，包重传越激进。
更高级的 **手动档** 需要理解KCP协议，并通过 **隐藏参数** 调整，例如:
```
-mode manual -nodelay 1 -resend 2 -nc 1 -interval 20
```
* 搭配1. fast + FEC(5,5)
* 搭配2. fast2 + FEC(10,3)
* 搭配3. fast2 + FEC(0,0)
默认profile参考: https://github.com/xtaci/kcptun/blob/master/client/main.go#L248
### 前向纠错
前向纠错采用Reed Solomon纠删码, 它的基本原理如下： 给定n个数据块d1, d2,…, dn，n和一个正整数m， RS根据n个数据块生成m个校验块， c1, c2,…, cm。 对于任意的n和m， 从n个原始数据块和m 个校验块中任取n块就能解码出原始数据， 即RS最多**容忍m个数据块或者校验块同时丢失**。
通过参数```-datashard n -parityshard m``` 在两端同时设定。
数据包发送顺序严格遵循: n个datashard紧接m个parityshard，重复。
注意：为了发挥FEC最佳效果，设置 parityshard/(parity+datashard) > packet loss，比如5/(5+5) > 30%
### 窗口调整
**两端参数必须一致的有**:
* datashard --前向纠错
* parityshard --前向纠错
* nocomp --压缩
* key --密钥
* crypt --加密算法
其余为两边可独立设定的参数
**简易窗口自我调优方法**：
> 第一步：同时在两端逐步增大client rcvwnd和server sndwnd;
> 第二步：尝试下载，观察如果带宽利用率（服务器＋客户端两端都要观察）接近物理带宽则停止，否则跳转到第一步。
**注意：产生大量重传时，一定是窗口偏大了**
### 安全
无论你上层如何加密，如果```-crypt none```，那么**协议头部**都是**明文**的，建议至少采用```-crypt aes-128```加密，并修改密码。
密码可以通过`-key`指定，也可以通过环境变量`KCPTUN_KEY`指定。
注意: ```-crypt xor``` 也是不安全的，除非你知道你在做什么。
附加密速度Benchmark：
```
BenchmarkAES128-4 200000 11182 ns/op
BenchmarkAES192-4 200000 12699 ns/op
BenchmarkAES256-4 100000 13757 ns/op
BenchmarkTEA-4 50000 26441 ns/op
BenchmarkSimpleXOR-4 3000000 441 ns/op
BenchmarkBlowfish-4 30000 48036 ns/op
BenchmarkNone-4 20000000 106 ns/op
BenchmarkCast5-4 20000 60222 ns/op
BenchmarkTripleDES-4 2000 878759 ns/op
BenchmarkTwofish-4 20000 68501 ns/op
BenchmarkXTEA-4 20000 77417 ns/op
BenchmarkSalsa20-4 300000 4998 ns/op
```
### 内存控制
路由器，手机等嵌入式设备通常对**内存用量敏感**，通过调节环境变量GOGC（例如GOGC=20)后启动client，可以降低内存使用。
参考：https://blog.golang.org/go15gc
### DSCP
DSCP差分服务代码点（Differentiated Services Code Point），IETF于1998年12月发布了Diff-Serv（Differentiated Service）的QoS分类标准。它在每个数据包IP头部的服务类别TOS标识字节中，利用已使用的**6比特**和未使用的2比特，通过编码值来区分优先级。
常用DSCP值可以参考[Wikipedia DSCP](https://en.wikipedia.org/wiki/Differentiated_services#Commonly_used_DSCP_values)，至于有没有用，完全取决于数据包经过的设备。
通过 ```-dscp ``` 参数指定dscp值，两端可分别设定。
注意：设置dscp不一定会更好，需要尝试。
### Snappy数据流压缩
> Snappy is a compression/decompression library. It does not aim for maximum
> compression, or compatibility with any other compression library; instead,
> it aims for very high speeds and reasonable compression. For instance,
> compared to the fastest mode of zlib, Snappy is an order of magnitude faster
> for most inputs, but the resulting compressed files are anywhere from 20% to
> 100% bigger.
> Reference: http://google.github.io/snappy/
通过参数 ```-nocomp``` 在两端同时设定以关闭压缩。
> 提示: 关闭压缩可能会降低延迟。
### 流量控制
**必要性: 针对流量敏感的服务器，做双保险。**
> 基本原则: SERVER的发送速率不能超过ADSL下行带宽，否则只会浪费您的服务器带宽。
在server通过linux tc，可以限制服务器发送带宽。
举例: 用linux tc限制server发送带宽为32mbit/s:
```
root@kcptun:~# cat tc.sh
tc qdisc del dev eth0 root
tc qdisc add dev eth0 root handle 1: htb
tc class add dev eth0 parent 1: classid 1:1 htb rate 32mbit
tc filter add dev eth0 protocol ip parent 1:0 prio 1 handle 10 fw flowid 1:1
iptables -t mangle -A POSTROUTING -o eth0 -j MARK --set-mark 10
root@kcptun:~#
```
其中eth0为网卡，有些服务器为ens3，有些为p2p1，通过ifconfig查询修改。
### SNMP
```go
// Snmp defines network statistics indicator
type Snmp struct {
BytesSent uint64 // payload bytes sent
BytesReceived uint64
MaxConn uint64
ActiveOpens uint64
PassiveOpens uint64
CurrEstab uint64
InErrs uint64
InCsumErrors uint64 // checksum errors
InSegs uint64
OutSegs uint64
OutBytes uint64 // udp bytes sent
RetransSegs uint64
FastRetransSegs uint64
EarlyRetransSegs uint64
LostSegs uint64
RepeatSegs uint64
FECRecovered uint64
FECErrs uint64
FECSegs uint64 // fec segments received
}
```
使用```kill -SIGUSR1 pid``` 可以在控制台打印出SNMP信息，通常用于精细调整**当前链路的有效载荷比**。
观察```RetransSegs,FastRetransSegs,LostSegs,OutSegs```这几者的数值比例，用于参考调整```-mode manual,fec```的参数。
#### 带宽计算公式
```
在不丢包的情况下，有最大-rcvwnd 个数据包在网络上正在向你传输，以平均数据包大小avgsize计算，在任意时刻，有：
network_cap = rcvwnd*avgsize
数据流向你，这个值再除以ping值(rtt)，等于最大带宽使用量。
max_bandwidth = network_cap/rtt = rcvwnd*avgsize/rtt
举例，设rcvwnd = 1024, avgsize = 1KB, rtt = 400ms，则：
max_bandwidth = 1024 * 1KB / 400ms = 2.5MB/s ~= 25Mbps
（注：以上计算不包括前向纠错的数据量）
前向纠错是最大带宽量的一个固定比例增加：
max_bandwidth_fec = max_bandwidth*(datashard+parityshard)/datashard
举例，设datashard = 10 , partiyshard = 3，则：
max_bandwidth_fec = max_bandwidth * (10 + 3) /10 = 1.3*max_bandwidth ＝ 1.3 * 25Mbps = 32.5Mbps
```
### 故障排除
> Q: 客户端和服务器端**皆无** ```stream opened```信息。
> A: 连接客户端程序的端口设置错误。
> Q: 客户端有 ```stream opened```信息，服务器端没有。
> A: 连接服务器的端口设置错误，或者被防火墙拦截。
> Q: 客户端服务器**皆有** ```stream opened```信息，但无法通信。
> A: 上层软件的设定错误。
### 免责申明
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### 相关软件
1. https://github.com/bettermanbao/openwrt-kcptun
2. https://github.com/EasyPi/openwrt-kcptun
3. https://github.com/kuoruan/luci-app-kcptun
4. https://github.com/dfdragon/kcptun_gclient
5. https://github.com/dfdragon/kcptun_xclient
### 参考资料
1. https://github.com/skywind3000/kcp -- KCP - A Fast and Reliable ARQ Protocol.
2. https://github.com/klauspost/reedsolomon -- Reed-Solomon Erasure Coding in Go.
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Differentiated_services -- DSCP.
4. http://google.github.io/snappy/ -- A fast compressor/decompressor.
5. https://www.backblaze.com/blog/reed-solomon/ -- Reed-Solomon Explained.
6. http://www.qualcomm.cn/products/raptorq -- RaptorQ Forward Error Correction Scheme for Object Delivery.
7. https://en.wikipedia.org/wiki/PBKDF2 -- Key stretching.
8. http://blog.appcanary.com/2016/encrypt-or-compress.html -- Should you encrypt or compress first?
9. https://github.com/hashicorp/yamux -- Connection multiplexing library.
10. https://tools.ietf.org/html/rfc6937 -- Proportional Rate Reduction for TCP.
11. https://tools.ietf.org/html/rfc5827 -- Early Retransmit for TCP and Stream Control Transmission Protocol (SCTP).
12. http://http2.github.io/ -- What is HTTP/2?
13. http://www.lartc.org/LARTC-zh_CN.GB2312.pdf -- Linux Advanced Routing & Traffic Control
14. https://en.wikipedia.org/wiki/Noisy-channel_coding_theorem -- Noisy channel coding theorem