数据平面：一个 IP 包的完整旅程

专栏：VNT 2.0 组网源码 · 第 7 / 11 篇
VNT数据平面FEC

:::info 学习目标 完成本篇后你能够：按顺序说出出站流水线的五道工序及其理由；解释 FEC 的分批与恢复机制；说出广播包的三种发送形态。 前置：第 4~6 篇完成。预计时长：60 分钟。 :::

:::note 本章术语速查（新手建议先读）

  • 数据平面 / 控制平面：数据平面=搬运用户流量的路径；控制平面=协调决策（注册、打洞、路由）。
  • LZ4：极快的压缩算法（压缩率一般但速度极快）。
  • FEC（前向纠错）：附带“数学纠错包”，丢了部分包可直接还原——不用重传。
  • Reed-Solomon：经典纠错编码（CD/DVD 也用它）。
  • 广播 / 单播：广播=发给所有人；单播=发给某一个。 :::

前几篇拆了各个零件，这篇把它们串成流水线——TUN 读出的每个 IP 包，到进入网络前要过五道工序。

出站流水线

图表（vnt-data-plane.md）

源码主链（tunnel_core/outbound.rs:197-236）：

// vnt-core/src/tunnel_core/outbound.rs:197-236（节选）
pub async fn ipv4_outbound(&self, net: NetworkAddr, mut data: TransmissionBytes) -> anyhow::Result<()> {
    let ipv4 = Ipv4Packet::new(data.as_ref()) ...;
    data.retreat_head(HEAD_LENGTH)?;              // 零拷贝退指针加头（第 4 篇）
    let mut packet = NetPacket::new(data)?;
    packet.set_msg_type(MsgType::Turn);
    packet.set_ttl(5);
    if !net.network().contains(&dest) {           // 不在虚拟网段 → 查子网路由
        if let Some(v) = self.external_route.route(&dest) { dest = v; }
        else { return Ok(()); }
    }
    packet = self.packet_compression.compress(packet, ...)?;   // LZ4
    if let Some(fec_encoder) = &self.fec_encoder {
        packet = fec_encoder.encode(packet)?;      // Reed-Solomon
    }
    self.basic_outbound.send_encrypted_packet(dest, packet).await?;

顺序的理由：压缩必须在加密前（密文不可压）；FEC 在加密前（冗余校验包也要被加密）；加密在最后（出网卡前一刻）。子网路由（input 参数）让”虚拟网外的地址”也能被转发给网关型设备——跨网段访问的实现。

入站：对称的逆序

图表（vnt-data-plane.md）

入站同样带”帮忙转发”：收到非本包目的的包时，只要 ttl≥1 且自己有到目的地的路由就转发——这就是第 6 篇三层中继的第二层。

FEC：用 20% 带宽换丢包容忍

FEC（前向纠错）默认关闭（--fec 开启），机制（fec/encoder.rs）：

  • 每个目的 IP 独立分批：10 包一批或 20ms 超时即封批；
  • Reed-Solomon 编码生成 ceil(10×20%)=2 个校验包（至少 1 个）；
  • 数据包与校验包都封装成 protobuf FecPacket{group_id, packet_index, payload, parity_data}；
  • 解码端按 (源， 组) 聚合（组超时 3 秒、上限 1000 组）：只要收到 10 个中的任意 10 个分片（数据或校验），即可还原全部——丢 1~2 个包无需重传。

适用场景：UDP 被运营商丢包、实时性敏感（游戏/语音）宁可多花 20% 带宽也不想重传。与 QUIC 可靠通道（rtx）互补：FEC 管”少量丢包容忍”，QUIC 管”必须可靠”。

广播的三种形态

MsgType语义发送方式
Broadcast全员广播P2P 直发上限 16 个对端，其余经服务器 ExcludeBroadcast
ExcludeBroadcast除指定 IP 外广播SelectiveBroadcast{ips[], data}
TargetBroadcast定向广播到指定列表同上

多服务器时广播还要选主：按 ips/(rtt+1) 评分选一台服务器负责扩散——避免每台服务器都转发一份造成重复。

常见踩坑

  1. 开了 FEC 感觉更慢——FEC 换的是丢包容忍不是带宽；网络好时别开；
  2. 压缩对小包无效——<256 字节直接跳过（压了也不小）；
  3. 跨网段不通——检查网关设备的 input/output 参数与系统转发开关（ip_forward）。

随堂练习（带验收标准）

  1. 开启 --fec --compress 后抓包，对比开关前后物理网卡上的包大小与数量；
  2. 用日志验证：一条 100 字节的小包是否跳过了压缩（<256 阈值）；
  3. 进阶：读 fec/decoder.rs，计算”10 包丢 3 个但收到 2 个校验包”时的恢复条件。

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