Quake 引擎的网络设计在实时多人游戏领域具有开创性意义，尤其是在带宽有限的 56k 调制解调器时代。其核心是自定义的可靠 UDP 协议，通过 Netchan 抽象层实现数据可靠传输、包排序和分片重组。这种设计避免了 TCP 的高延迟问题，同时补偿了 UDP 的不可靠性，确保了低带宽下的高效多人对战体验。相比纯 UDP，该协议在丢包率高的网络中表现出色，通过选择性 ACK 和最小化重传开销，维持了游戏的流畅性。
Netchan 是 Quake 网络栈的关键组件，它封装了 UDP 的发送和接收，处理序列号、ACK 和可靠消息。每个 Netchan 头部包含序列号（32 位，用于标识包顺序和可靠标志）、ACK 序列号（确认已接收包）和 QPort（随机端口标识，用于 NAT 穿越）。序列号递增发送，接收端通过 ACK 反馈最后确认的序列，确保出序包的检测和重排序。证据显示，在 Quake World 中，Netchan 使用循环数组存储最近 64 个帧（通过 UPDATE_MASK = 63 实现索引循环），允许快速检索历史包以计算延迟和重组数据。这种二进制掩码技巧优化了性能，避免了模运算的开销。
分片机制是协议的核心优化，针对 56k 调制解调器的低带宽（约 5-7 KB/s 上行）和高丢包率（可达 10-20%）。UDP 数据报最大 65507 字节，但实际 MTU 通常为 1500 字节，Quake 将消息预分片为 1400 字节块，避免路由器分片导致的延迟和丢失。Netchan_Transmit 函数将大消息拆分为多个可靠 / 不可靠片段，每个片段带序列号和标志。接收端 Netchan_Process 通过序列号重组，如果片段丢失，仅重传可靠部分。出序处理依赖序列号比较：接收包如果序列 > 当前期望，则缓冲等待；如果 < 期望，则丢弃（视为重传）。选择性 ACK 只确认可靠消息，确保关键命令（如玩家位置更新）交付，而非关键数据（如粒子效果）可丢弃以节省带宽。
在低带宽优化中，协议区分可靠和不可靠消息。可靠消息（如玩家输入、生命值变化）存入 reliable_buf，仅当缓冲为空时发送一个可靠包，确保单可靠包未确认时不发送新可靠数据，避免洪水重传。不可靠消息（如实体更新）附加到可靠包后发送，如果可靠包丢失，则不可靠部分随重传恢复。证据来自 Quake 源代码：可靠标志位设于序列号最高位，接收端检查标志后清空 reliable_buf。流控制进一步降低负载：服务器仅在收到客户端包后响应，客户端通过 rate 命令设置 choke 参数，跳过部分更新帧。
工程落地参数需针对 56k 环境调优。MTU 设置为 1400 字节，留 100 字节头部和 IP/UDP 开销；重传超时初始 200ms，基于 RTT 自适应（采样周期 100ms），上限 1000ms 以防无限重传；缓冲区大小 64 帧（约 2 秒历史），超出丢弃客户端；ACK 阈值：每 10 包确认一次，减少 ACK 流量；分片阈值：消息 > 1200 字节时分片，最大 5 片 / 包。监控要点包括丢包率（>5% 触发降级可靠消息）、RTT（>300ms 增加预测补偿）和带宽使用（上限 4 KB/s）。回滚策略：检测高延迟时切换到预测模式，客户端本地模拟输入，服务器快照校正。
实现清单：
- 初始化 Netchan：设置 QPort 随机值（1-65535），序列号 0。
- 发送流程：收集命令 → 可靠消息入 reliable_buf → 构建头部（序列 ++，可靠标志） → 分片消息 → UDP 发送。
- 接收流程：解析头部 → ACK 更新 → 检查可靠标志清 reliable_buf → 重组分片 → 处理出序（缓冲或丢弃）。
- 优化 56k：启用压缩（Huffman 键预计算），优先可靠输入，丢弃非视口实体更新。
- 测试：模拟 56k 链路（throttle 5 KB/s），验证重组率 >95%，延迟 <500ms。
这种协议的设计体现了工程权衡：在可靠性与实时性间平衡，适用于现代低带宽优化如移动游戏。通过参数调优，可在丢包 15% 环境下维持 30 FPS 多人对战。
资料来源：
- Fabien Sanglard, "Quake Source Code Review: Network" (https://fabiensanglard.net/quakeSource/quakeSourceNetWork.php)
- Fabien Sanglard, "Quake 3 Source Code Review: Network Model" (https://fabiensanglard.net/quake3/network.php)