UDP不可靠解决方案及思路

不管哪类场景，都是要保证可靠性，也就是质量，那么在UDP之上怎么实现可靠呢？答案就是重传。

重传模式

IP协议在设计的时候就不是为了数据可靠到达而设计的，所以UDP要保证可靠，就依赖于重传，这也就是我们通常意义上的RUDP行为，在描述RUDP重传之前先来了解下RUDP基本框架，如图：

图2

RUDP在分为发送端和接收端，每一种RUDP在设计的时候会做不一样的选择和精简，概括起来就是图中的单元。RUDP的重传是发送端通过接收端ACK的丢包信息反馈来进行数据重传，发送端会根据场景来设计自己的重传方式，重传方式分为三类：定时重传，请求重传和FEC选择重传。

定时重传

定时重传很好理解，就是发送端如果在发出数据包（T1）时刻一个RTO之后还未收到这个数据包的ACK消息，那么发送就重传这个数据包。这种方式依赖于接收端的ACK和RTO，容易产生误判，主要有两种情况：

对方收到了数据包，但是ACK发送途中丢失。

ACK在途中，但是发送端的时间已经超过了一个RTO。

所以超时重传的方式主要集中在RTO的计算上，如果你的场景是一个对延迟敏感但对流量成本要求不高的场景，就可以将RTO的计算设计比较小，这样能尽最大可能保证你的延时足够小。例如：实时操作类网游、教育领域的书写同步，是典型的用expense换latency和Quality的场景，适合用于小带宽低延迟传输。如果是大带宽实时传输，定时重传对带宽的消耗是很大的，极端情况会用20%的重复重传率，所以在大带宽模式下一般会采用请求重传模式。

请求重传

请求重传就是接收端在发送ACK的时候携带自己丢失报文的信息反馈，发送端接收到ACK信息时根据丢包反馈进行报文重传。如下图：

图3

这个反馈过程最关键的步骤就是回送ACK的时候应该携带哪些丢失报文的信息，因为UDP在网络传输过程中会乱序会抖动，接收端在通信的过程中要评估网络的jitter time，也就是rtt_var（RTT方差值），当发现丢包的时候记录一个时刻t1,当t1 + rtt_var < curr_t(当前时刻)，我们就认为它丢失了，这个时候后续的ACK就需要携带这个丢包信息并更新丢包时刻t2,后续持续扫描丢包队列，如果他t2 + RTO <curr_t，再次在ACK携带这个丢包信息，以此类推，直到收到报文为止。这种方式是由丢包请求引起的重发，如果网络很不好，接收端会不断发起重传请求，造成发送端不停的重传，引起网络风暴，通信质量会下降，所以我们在发送端设计一个拥塞控制模块来限流，这个后面我们重点分析。除了网络风暴以外，整个请求重传机制也依赖于jitter time和RTO这个两个时间参数，评估和调整这两个参数和对应的传输场景也息息相关。请求重传这种方式比定时重传方式的延迟会大，一般适合于带宽较大的传输场景，例如：视频、文件传输、数据同步等。

FEC选择重传

除了定时重传和请求重传模式以外，还有一种方式就是以FEC分组方式选择重传，FEC（Forward Error Correction）是一种前向纠错技术，一般是通过XOR类似的算法来实现，也有多层的EC算法和raptor涌泉码技术，其实是一个解方程的过程。应用到RUDP上示意图如下：

图4

在发送方发送报文的时候，会根据FEC方式把几个报文进行FEC分组，通过XOR的方式得到若干个冗余包，然后一起发往接收端，如果接收端发现丢包但能通过FEC分组算法还原，就不向发送端请求重传，如果分组内包是不能进行FEC恢复的，就请求想发送端请求原始的数据包。FEC分组方式适合解决要求延时敏感且随机丢包的传输场景，在一个带宽不是很充裕的传输条件下，FEC会增加多余的冗余包，可能会使得网络更加不好。FEC方式不仅可以配合请求重传模式，也可以配合定时重传模式。