《网络多人游戏架构与编程》之序列化、RPC、网络拓扑

/////////////////////////////////////       对 象 序 列 化      //////////////////////////////////////////////////

 

Q.什么是序列化？

序列化 是一种将 对象 从 内存中 的 随机访问格式 转换为 比特流格式 的 行为。这些比特流可以在硬盘上存储，也可以通过网络传输，之后再恢复成原始格式。

 

Q.什么是流？

流stream 是一种数据结构，封装了一组有序的数据元素，并允许用户对其进行读写。流可以是输出流（允许顺序插入但不许读取）、输入流（允许顺序提取但不许插入），或者输入输出流。

 

Q.什么是字节序？不同平台怎么保证字节序？

字节序 是 字节 在一个平台上的 存储顺序。有小端字节序（低位编址） 和 大端字节序（高位编址）。可以通过字节交换算法或内部函数和汇编指令。

 

Q.怎么压缩数据？

1. 去除任何不需要通过网络发送的数据，例如稀疏的不被完全填充的数据结构。
2. 熵编码：比如用bool值同义表达int值。
3. 定点：所有可能取值总数=(最大值-最小值)/精度+1  ， 需要log2(所有可能取值总数)位。
4. 几何压缩：四元数只传3个分量，剩下那个可以用1-其他分量得到。

 

/////////////////////////////////////////////       对 象 复  制     ////////////////////////////////////////////////

 

作用：支持远程进程之间游戏世界和对象状态的同步。

 

复制：从一台主机向另一台主机传输对象状态的行为。

 

复制预处理：

1. 标记数据包为包含对象状态的数据包；
• 创建1个枚举类型，来标识每个数据包的类型。
• 
• 接收方从数据包中读取数据包类型，然后决定如何处理。
• 习惯上，主机之间交换的第一个数据包被标记为"hello"数据包，用于建立连接、分配状态。
2. 唯一标识复制对象；
• 接收方根据标识，确认是否有这个传入对象的副本。有，直接更新；没有，实例化一个对象。
3. 指明被复制对象的类型。

 

世界状态增量：发送方创建表示世界状态变化的数据包，然后接收方在自己的世界状态中更新这些变化。每个数据包都包含世界状态增量。

对象状态增量：世界状态增量包含需要改变的每个对象的对象状态增量（创建、更新、销毁游戏对象）。

 

局部对象状态的复制：枚举值可以通过按位或运算组合在一起表示多个属性。

 

远程过程调用 RPC：一台主机可以在另一台或多台远程主机上执行程序的动作。每个调用都可以被认为是 一个唯一的对象，每个参数对应一个成员变量。

远程方法调用 RMI：主机在一个特定对象上调用一个方法。

 

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总结：

• 应用层协议必须定义所有可能的数据包类型。
• 每个对象需要一个唯一的标识符。
• 对象的类需要一个唯一的标识符，这样接收不存在该对象时可以创建该对象。
• 网络代码不依赖游戏类，所以使用间接映射来向网络模块注册类和创建函数。
• 大规模的游戏无法将所有对象的复制装入一个数据包，所以使用一个协议来支持世界状态增量的传输。
• 为了提高效率，更新对象动作所发送的序列化数据可以是对象属性的子集。
• 除了复制对象状态数据，有时还需要触发远程过程调用。

 

/////////////////////////////////////////////      网  络  拓  扑    ////////////////////////////////////////////////

 

作用：决定了参与游戏的主机是如何组织在一起的。

目标：保证所有玩家都可以看到游戏状态的最新版本。

 

/////////////////// 客户端-服务器 C/S 结构 ///////////////////////

复杂度：n个客户端，就有O(n2)个连接。

 

服务器带宽：上行带宽（发送）：b*n/s ，n个客户端每秒发送b字节数据。

                    下行带宽（接收）：c*n/s，服务器每秒发送c字节给n个客户端。

 

客户端带宽：上行带宽（发送）：b个字节的上传流。

                    下行带宽（接收）：c个字节的下载流。

 

缺点：客户端数量增加，服务器的带宽要求线性增加，客户端需要复制的世界对象数目增加，每个客户端带宽略有增加。

 

权威服务器：以服务器为准，避免客户端欺骗。不过客户端会有一点延迟。

往返时间 RTT：数据包从发送端到目标端，再从目标端到发送端的总时长。是影响权威服务器下，客户端延迟的主要原因。理想值是100ms以下。

缺点：客户端B接收时间是A的RTT的1/2+服务器处理时间+B的RTT的1/2。

 

专用服务器：

• 只运行游戏状态并与所有客户端通信。
• 专用服务器的进程与客户端进程是完全分开的。
• 无外设，不显示任何图像。
• 允许在一台高性能计算机上运行多个专用服务器。

 

监听服务器：

• 端可以即作为客户端也作为服务端。
• 优点：降低部署成本，不需要租用服务器。
• 缺点：端的性能必须足够高，需要足够快的网络连接以应付服务器的额外负载；玩家恶意退出或网络不佳，都非常影响游戏进行。
• 监听服务器不等于对等网络连接，应该是对等托管，有服务器，但是由玩家托管。 

进阶版：主机迁移：监听服务器断开，客户端中的一个被晋升为新的服务器。

 

对等网络：端和端之间互相连接。每个端都有n-1个连接，总复杂度O(n2)。

输入共享模型：每个端共享所有动作，模拟动作的执行。

缺点：最坏情况下，端之间的延迟是RTT的1/2。很难确保所有对等体保持同步。

改进：确定性锁步。同步伪随机数生成器。P187

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循环冗余检验 CRC：生成一个32位的检验和值。开源库zlib的函数crc32实现。