網路遊戲的對時以及同步問題

2021-08-01 21:46:39 字數 2435 閱讀 1032

大多數實時網路遊戲,將server 的時間和 client 的時間校對一致是可以帶來許多其他系統設計上的便利的。這裡說的對時,並非去調整 client 的os 中的時鐘,而是把 game client 內部的邏輯時間調整跟 server 一致即可。

乙個粗略的對時方案可以是這樣的,client 發乙個資料報給 server,裡面記錄下傳送時刻。server收到後,立刻給這個資料報新增乙個server 當前時刻資訊,併發還給 client 。因為大部分情況下,game server不會立刻處理這個包,所以,可以在處理時再加乙個時刻。兩者相減,client 可以算得包在 server 內部耽擱時間。

client 收到 server發還的對時包時,因為他可以取出當初傳送時自己附加的時刻資訊,並知道當前時刻,也就可以算出這個資料報來回的行程時間。這裡,我們假定資料報來回時間相同,那麼把server 通知的時間,加上行程時間的一半,則可以將 client 時間和 server 時間校對一致。

這個過程用 udp 協議做比用tcp 協議來的好。因為 tcp 協議可能因為丟包重發引起教大誤差,而 udp 則是自己控制,這個誤差要小的多。只是,現在網路遊戲用tcp 協議實現要比 udp 有優勢的多,我們也不必為對時另起一套協議走 udp 。

一般的解決方法用多次校對就可以了。因為,如果雙方時鐘快慢一致的情況下,對時包在網路上行程時間越短,就一定表明誤差越小。這個誤差是不會超過包來回時間的一半的。我們一旦在對時過程中得到乙個很小的行程時間,並在我們遊戲邏輯的時間誤差允許範圍內,就不需要再校對了。

或者校對多次,發現網路比較穩定(雖然網速很慢),也可以認為校對準確。這種情況下,潛在的時間誤差可能比較大。好在,一般,我們在時間敏感的包上都會攜帶時間戳。當雙方時間校對誤差很小的時候,client發過來的時間戳是不應該早於 server 真實時刻的。(當時間校對準確後,server 收到的包上的時間戳加上資料報單行時間,應該等於server 當前時刻)

一旦 server 發現client的包「提前」收到了,只有一種解釋:當初校對時間時糟糕的網路狀態帶來了很多的時間誤差,而現在的網路狀態要明顯優於那個時候。這時,server應該勒令 client 重新對時。同理,client 發現 server 的資料報「提前」到達,也可以主動向 server重新對時。

乙個良好的對時協議的設定,在協議上避免 client時間作弊(比如加速器,或者減速器)是可行的。這裡不討論也不分析更高階的利用遊戲邏輯去時間作弊的方式,我們給資料報打上時間戳的主要目的也非防止時間作弊。

校對時間的一般用途是用來實現更流暢的戰鬥系統和位置同步。因為不依賴網路傳輸的統一時間參照標準可以使遊戲看起來更為實時。

首先談談位置同步。

好的位置同步一定要考慮網路延遲的影響,所以,簡單把 entity 的座標廣播到 clients不是乙個好的方案。我們應該同步的是乙個運動向量以及時間資訊。既,無論是 client 還是 server,發出和收到的資訊都應該是每個 entity 在某個時刻的位置和運動方向。這樣,接收方可以根據收到的時刻,估算出 entity的真實位置。對於 server 一方的處理,只要要求 client 按乙個頻率(一般來說戰鬥時 10hz 即可,而非戰鬥狀態或player 不改變運動狀態時可以更低) 給它傳送位置資訊。server 可以在網路狀態不好的情況下依據最近收到的包估算出現在player 位置。而 client 發出的每次 player 位置資訊,都應該被 server 信任,用來去修正上次的估算值。而server 要做的只是抽查,或交給另乙個模組去校驗資料報的合法性(防止作弊)。

在 server 端,每個entity 的位置按 10hz 的頻率做離散運動即可。

client因為涉及顯示問題,玩家希望看到的是 entity 的連續運動,所以處理起來麻煩一點。server發過來的位置同步資訊也可能因為網路延遲晚收到。client同樣根據最近收到的包做估算,但是再收到的包和之前已經收到的資訊估算結果不同的時候,應該做的是運動方向和速度的修正,盡可能的讓下次的估算更準確。

關於戰鬥指令同步,我希望是給所有戰鬥指令都加上冷卻時間和引導時間,這正是 wow 的設計。這樣,信任 client的時間戳,就可以得到 client準確的指令下達時間。引導時間(或者是公共冷卻時間)可以充當網路延遲時間的緩衝。當然我們現在的設計會更複雜一些,這裡不再列出。對於距離敏感的技能,例如遠端攻擊和範圍魔法,我們的設計是有乙個模糊的miss 判定公式,解決距離邊界的判定問題。

這裡, server對攻擊目標的位置做估算的時候,可以不按上次發出包的運動方向去做位置估計,而選擇用最有利於被攻擊者的運動方向來做。這樣,可以減少網路狀況差的玩家的劣勢。

對於 pve的戰鬥,甚至可以做更多的取捨,達到遊戲流暢的效果。比如乙個網路狀態差的玩家去打 npc,他攻擊 npc 的時刻,npc是處於攻擊範圍之內的。但是由於網路延遲,資料報被 server 收到的時候,npc 已經離開。這個時候 server 可以以client 的邏輯來將 npc 拉會原來的座標。

雖然,這樣做,可能會引起其他玩家(旁觀者) client上表現的不同。但是,網路遊戲很多情況下是不需要嚴格同步的。在不影響主要遊戲邏輯的情況下,player 的手感更為重要。

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