网络多人游戏架构与编程2

【网络多人游戏架构与编程2】

1.0、虚拟现实游戏是对延迟最敏感的，因为我们人类只要头旋转了，眼睛就期望看到不同的事物。在这些情况下，保证用户感觉在虚拟现实世界中就要求延迟少于 20 毫秒。

　　格斗游戏、第一人称射击游戏和其他动作频繁的游戏是对延迟第二敏感的。这些游戏的延迟范围可以从16 毫秒到150毫秒。

　　RTS游戏是对延迟容忍度最高的，这个容忍度通常很有用，正如第 6 章所介绍的。这些游戏的延迟可以高达 500 毫秒，而不影响用户体验。

1.1、非网络延迟。

　　1）输入采样延迟（input sampling latency）。用户按下一个按钮到游戏检测到这个按钮的时间可能很长。下图表明，游戏循环架构可能导致 Input Sampling Latency 高达接近 2帧的时间。

　　2）渲染流水线延迟（render pipeline latency）。驱动程序将绘制命令插入到缓冲区，GPU在未来的某个时刻执行。如果有许多渲染任务要做，可能会导致滞后 1帧渲染出来。

　　3）多线程渲染流水线延迟（multithreaded render pipeline latency）。

　　4）垂直同步（VSync）

　　5）显示延迟（display lag）。显示器可能会对画面进行调整。

　　6）像素响应时间（pixel response time）。像素改变需要时间，大概几毫秒。

2、数据包传输过程中，有四种主要的延迟：

　　1）处理延迟（processing delay）。网络路由器的工作包括：读取数据包、检查目的IP、找出下一台机器等。

　　2）传输延迟（transmission dely）。链路层将数据写入物理层（转为物理层信号）的时间。

　　3）排除延迟（queuing delay）。

　　4）传播延迟（propagation delay）。例如从东海岸传播到西海岸的时间。

　　包含1400字节负载的数据包与包含200字节负载的数据包通常经历相同时间的处理延迟。如果你发送 7 个包含 200 字节负载的数据包，最后那个数据包将不得不在队列中等待前面6 个数据包的处理，这样将经历比一个大数据包更多的累积网络延迟。

3、网络抖动会导致数据包乱序到达。

4、数据包丢失的情况。数据包丢失必然会产生，无法避免。

　　1）不可靠的物理介质。电磁干扰可能导致依赖损坏或丢失，如微波炉的工作。

　　2）不可靠的链路。有时链路层信道完全满了，必须丢失正在发送的帧。

　　3）不可能的网络层。当路由器队列满了，后续到达的包将被丢弃。

5、路由器并不一定丢弃最后到达的报文。例如，有些路由器在丢弃TCP报文之前先丢弃UDP报文，因为它们知道丢弃TCP的报文会自动重传。

6、TCP的几大问题，最大问题是强制可靠性。

　　1）低优先级数据的丢失干扰高优先级数据的接收。例如，依次发送声音报文、技能报文，如果声音报文未收到，则永远不触发技能报文，但对玩家来说，声音播放与否无关紧要，但技能必须立即播放。

　　2）不相关数据流的想到干扰。例如技能报文、聊天报文使用同一个 TCP 连接，则一种报文的丢失会影响另一个报文。

　　3）过时游戏状态重传。

　　TCP中的 Nagle 算法起了非常不好的作用，因为它在将数据包发送出去之前可以延迟长达0.5秒。事实上，使用 TCP 作为传输层协议的游戏通常禁用 Nagle 算法以避免这个问题，虽然同时放弃了它提供的减少数据包数量的优势。

　　最后，TCP 为管理连接和跟踪所有可能被重传的数据分配了很多资源。这些分配通常是由操作系统管理的，游戏需要时很难通过自定义内存管理器的方式跟踪和路由。

7、通过UDP，可以自定义一个系统，在发生丢包时，只发送最新消息，而不是重传丢失的数据。有些第三方的UDP网络库可以使用，如 RakNet、Photon。

8、自建可靠的UDP系统。

　　1）发出数据包。从TCP借用一个技术，给每个数据包分配一个序列号来实现。

 1 InFlightPacket* DeliveryNotificationManger::WriteSequenceNumber(
 2     OutputMemoryBitStream& inPacket)
 3 {
 4     PacketSequenceNumber sequenceNumber = mNextOutgoingSequenceNumber++;
 5     inPacket.Write(sequenceNumber);
 6     
 7     ++mDispatchedPacketCount;
 8     
 9     mInFlightPackets.emplace_back(sequenceNumber);
10     return &mInFlightPackets.back();
11 }

View Code

　　2）收到数据包并发送确认。与TCP不同，这里不承诺按序处理每个单独的数据包。仅仅承诺不乱序处理。只回复最新的包。

bool DeliveryNotificationManager::ProcessSequenceNumber(
    InputMemoryBitStream& inPacket)
{
    PacketSequenceNumber sequenceNumber;
    inPacket.Read(sequenceNumber);
    if (sequenceNumber == mNextExpectedSequenceNumber)
    {
        // 是期望的包，加入到待发ACK队列
        mNextExpectedSequenceNumber = sequenceNumber + 1;
        AddPendingAck(sequenceNumber);
        return true;
    }
    // 过时包，丢弃
    else if (sequenceNumber < mNextExpectedSequenceNumber)
    {
        return false;
    }
    // 超新包，加入待发ACK队列，更新mNextNumber
    else if (sequenceNumber > mNextExpectedSequenceNumber)
    {
        // 这里有个问题，当 a,b包近 b,a序到达时，只会发b的ack，而不会发a的ack
        // 所以会有对方收到了a，但却没有回复a的情况发生。
        mNextExpectedSequenceNumber = sequenceNumber + 1;
        AddPendingAck(sequenceNumber);
        return true;
    }
}

　　下面是写 ack 的方法。

void DeliveryNotificationManager::WritePendingAcks(
    OutputMemoryBitStream& inPacket)
{
    bool hasAcks = (mPendingAcks.size()>0);
    // 1. write hasAcks
    inPacket.Write(hasAcks);
    if(hasAcks)
    {
        // 2. write AckRange
        mPendingAcks.front().Write(inPacket);
        mPendingAcks.pop_front();
    }
}

　　3）处理确认。ACK包乱序时，如依次回复确认包 A,B,C，当客户端端先收到C，则A,B将会被当作Fail处理，虽然服务端正确收到并处理了A,B,C。

void DeliveryNotificationManger::ProcessAcks(InputMemoryBitStream& inPacket)
{
    bool hasAcks;
    inPacket.Read(hasAcks);
    
    if (hasAcks)
    {
        AckRange ackRange;
        ackRange.Read(inPacket);
        
        // ACK的 Start
        PacketSequenceNumber nextAckdSequenceNumber = ack.Range.GetStart();
        
        // ACK的 End
        uint32_t onePastAckedSequenceNumber = nextAckdSequenceNumber + acRange.GetCount();
        
        while(nextAckdSequenceNumber<OnePastAckedSequenceNumber && !mInFlightPacket.empty())
        {
            const auto& nextInFlightPacket = mInFlightPacket.front();
            PacketSequenceNumber nextInFlightPacketSequenceNumber = nextInFlightPacket.GetSequenceNumber();
            
            // 1. 确认包已超越 mNextInFlightPacketSequenceNumber，表明没有确认包，反馈丢包
            if (nextInFlightPacketSequenceNumber < nextAckdSequenceNumber)
            {
                auto copyOfInFlightPacket = nextInFlightPacket;
                mInFlightPackets.pop_front();
                HandlePacketDeliveryFailure(copyOfInFlightPacket);
            }
            // 2. 确认包等于 mNextInFlightPacketSequenceNumber，表明收到确认包，反馈收到包
            else if (nextInFlightPacketSequenceNumber == nextAckdSequenceNumber)
            {
                HandlePacketDeliverySuccess(nextInFlightPacket);
                
                mInFlightPackets.pop_front();
                ++nextAckdSequenceNumber;
            }
            // 3. 确认包小于 mNextInFlightPacketSequenceNumber，直接将确认包跌至 nextAckdSequenceNumber)
            else if (nextInFlightPacketSequenceNUmber > nextAckdSequenceNumber)
            {
                nextAckdSequenceNumber = nextInFlightPacketSequenceNumber;
            }
        }
        
    }
}

View Code

　　综上，自定义UDP层有个特点，就是只处理最新SEQ，ACK的包。　　

　　4）超时机制。

void DeliveryNotificationManager::ProcessTimedOutPackets()
{
    uint64_t timeoutTime = Timing::sInstance.GetTimeMS() - kAckTimeout;
    while (!mInFlightPackets.empty())
    {
        const auto& nextInFlightPacket = mInFlightPackets.front();
        
        // 此方法有个条件，所有的请求必须有统一超时时间
        if(nextInFlightPacket.GetTimeDispatched()<timeoutTime)
        {
            HandlePacketDeliveryFailure(nextInFlightPacket);
            mInFlightPackets.pop_front();
        }
        else
        {
            break;
        }
        
    }
}

View Code

　　5）每一个包有自己的 HandleFail、HandleSucc 的实现。

void DeliveryNotificationManager::HandlePacketDeliveryFailure(
    const InFlightPacket& inFlightPacket)
{
    ++mDroppedPacketCount;
    inFlightPacket.HandleDeliveryFailure(this);
}

void DeliveryNotificationManager::HandlePacketDeliverySuccess(
    const InFlightPacket& inFlightPacket)
{
    ++mDeliveredPacketCount;
    inFlightPacket.HandleDeliverySuccess(this);
}

View Code

9、沉默终端（dumb terminal）的三个问题：

　　1）延迟问题。

　　2）跳跃（无插值）问题。

　　3）瞄准问题。瞄准的始终是过去几百毫秒的位置。　　

10、

11、

12、

13、