Prism

High-Performance User-Space Network Stack in Rust

"Prism doesn't just forward packets; it reshapes them for speed and stability."

📖 About Prism (项目简介)

Prism (棱镜) 是一个基于 Rust 构建的高性能、异步、用户态网络协议栈 (User-Space Network Stack)。

它专为现代 VPN、代理工具和游戏加速器设计，旨在解决传统 TUN/TAP 方案中的性能瓶颈（如 TCP Meltdown 和系统调用开销）。Prism 通过在用户态终结 TCP 连接，将复杂的网络流量转化为纯净的数据流，在保证极致吞吐量的同时，提供 100% 的网络兼容性。

🚀 核心特性 (Key Features)

1. 极致性能 (Extreme Performance)

• Software GSO (软件分段卸载): 突破 1500 MTU 限制。Prism 采用 Jumbo Frames (MTU 65535) 技术，让操作系统一次性传递 64KB 大包，将系统调用 (Syscall) 开销降低 40 倍，单核即可跑满万兆 (10Gbps) 物理带宽。

• Zero-Copy & Zero-Allocation: 全链路零拷贝设计。利用 bytes::Bytes 和对象池 (Object Pooling) 技术，在 RX/TX 路径上实现了真正的 零内存分配，消除了高并发下的 GC 压力和内存抖动。

• Async Runtime: 基于 tokio 和 smoltcp 的全异步架构，轻松应对数万并发连接 (C10K+)。

2. 智能连接管理 (Smart Connectivity)

• TCP 终结 (Termination): 在本地终结 TCP 连接，彻底根治 "TCP-in-TCP" 导致的性能崩溃问题。

• 双模式握手 (Dual-Mode Handshake):

  • ⚡️ Fast Mode (0-RTT): 秒开模式。拦截 SYN 并立即回复，极大降低 Web 浏览延迟。
  • 🤝 Consistent Mode: 真实模式。等待远端隧道建立后再回复，完美通过 TCPing 探测，适用于游戏和对延迟敏感的应用。

• Blind Relay: 对 UDP/ICMP 流量采用极速盲转发策略，在保持高性能的同时兼容各类非 TCP 协议。

3. 工业级稳定性 (Industrial Reliability)

• 双 MTU 架构 (Dual MTU Architecture):

  • Ingress: 65535 (为了性能，欺骗内核)。
  • Egress: 1280/1420 (为了兼容，适应公网)。
  • Prism 内置智能的 MSS Clamping 和 UDP 分片检测，确保在任何糟糕的网络环境下（如校园网、4G/5G）都能保持 100% 连通，永不丢包。

• Rust Safety: 受益于 Rust 的所有权机制，Prism 在设计上杜绝了空指针和数据竞争，提供内存安全的运行时保障。

🛠 架构原理 (Architecture)

Prism 位于操作系统 TUN 设备与用户应用之间，充当智能网关的角色：

graph LR
    App[用户应用] -->|TCP/UDP| OS[操作系统内核]
    OS -->|MTU 65535| TUN[TUN Interface]
    TUN -->|Zero-Copy| Prism[Prism Stack]
    
    subgraph "Prism Core"
        Prism -->|TCP Terminate| TCP_Engine[TCP 引擎]
        Prism -->|Blind Relay| UDP_Engine[UDP 引擎]
    end
    
    TCP_Engine -->|Stream| Tunnel[加密隧道/代理]
    UDP_Engine -->|Packet| Tunnel
    
    Tunnel -->|MTU 1280| Internet[公网]

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⚙️ Configuration (配置指南)

Prism 提供了灵活的配置体系，分为 运行时配置、启动参数 和 编译期常量 三个层级。

1. 运行时配置 (Runtime Config)

通过 PrismConfig 结构体传递给协议栈，支持动态调整策略。

配置项	类型	默认值	说明
egress_mtu	usize	1280	出口 MTU / 路径 MTU。 决定了 UDP 包的最大限制和 TCP MSS 的计算基准。这是兼容性的核心。 推荐值：1280 (绝对安全) 或 1420 (一般宽带)。
handshake_mode	Enum	Fast	握手模式。 • Fast: 0-RTT 抢答，秒开网页，适合浏览器。 • Consistent: 同步模式，保留真实 RTT，适合游戏和 VoIP。

2. 启动参数 (Startup Config)

在创建 TUN 设备时设置，决定了物理层面的性能上限。

参数	建议值	说明
TUN MTU	65535	入口 MTU。 强烈建议设为 65535 以开启 Software GSO (性能模式)。 如果设为 1500，则退化为普通 VPN 模式。
IP Address	10.11.12.1	虚拟网关 IP。默认使用该私有地址段，防止与常见路由冲突。

3. 核心常量 (Internal Constants)

位于 src/constants.rs 和 src/stack.rs，用于深度性能调优。

常量名	当前值	说明
TCP_RX_BUFFER_SIZE	2MB	单个 TCP 连接的接收缓冲区。超大缓冲是为了适配 10Gbps 高带宽延迟积 (BDP)。
TCP_TX_BUFFER_SIZE	2MB	单个 TCP 连接的发送缓冲区。
BATCH_SIZE	64	epoll/kqueue 每次唤醒最大处理包数，用于减少上下文切换。
CHANNEL_SIZE	8192	内部 mpsc 通道的队列深度。

🎯 适用场景 (Use Cases)

• 高性能 VPN 客户端: 需要跑满千兆/万兆带宽的场景。
• 游戏加速器: 需要精确控制 TCP 握手时序和 UDP 转发逻辑。
• 物联网 (IoT) 网关: 资源受限但需要高效网络处理的嵌入式设备。

📦 Installation

[dependencies]
prism = { path = "../prism" } # Local path or git

⚖️ License

MIT License