基于多层结构的网络游戏平台的研究与应用

摘要

近年来，中国网络游戏产业迅速发展，2004年中国网络游戏市场价值达24.7亿元人民币，年增长47.9％。预计2009年中国网络游戏出版市场销售收入将达到109.6亿元。由信息产业部、新闻出版署等机构近期发布的《2004年度中国游戏产业年报》称，中国网络游戏市场规模和增长速度为全球瞩目，己成为中国出版业和信息产业新的增长点。同时，中国网络游戏行业的厂商数量、产品质量都呈现了上升趋势，其产业的发展也带动了通信、IT制造等行业的发展。目前，中国网络游戏厂商就达300余家。 每个自主开发的网络游戏基本都会经过从项目调研、规划、软件架构确定、软件编码、硬件架构确定、测试、正式运营等阶段，每个阶段各有侧重。整体来看，有两个关键因素影响网络游戏运营的成败：一个是游戏本身的可玩性与后期运营；另一个就是从架构上来保证整个系统的稳定、高效运行。 同时，随着游戏用户规模飞速增长，Internet规模急剧扩大，带宽不断增加，需求趋向多样化，服务器承受的压力随之越来越大。在这种情况下，迫切需要具有快速响应能力、高可伸缩、高可用、易于管理的信息服务器，能够在任何时候高质量地处理大规模用户的并发服务请求。集群系统具有很高的整体性能(如响应时间、吞吐率)、高可伸缩性、高可用性、更高的性能，价格比，是目前国内外构建高性能、复杂的分布式应用的主要发展方向。采用集群技术作为支撑网络游戏平台已成为一个主导趋势。 因此，以集群技术为基础框架的多层软件体系结构已经成为开发是否成功的关键，只有一个稳定、可靠的网络游戏平台才能吸引并维持住广大的游戏玩家。 本文对软件体系结构进行了概述，重点讨论多层软件体系结构技术，同时研究分析了集群技术。结合实际，利用多层结构、集群技术在网络游戏平台中进行了具体的应用。 本文研究的关键技术、创新点和所做的工作如下： 1．学习研究了网络游戏的相关知识。对网络游戏的概念、发展历程、分类、特征等进行了详细的研究与论述。 2．深入研究并分析了应用平台的体系结构。对当前已广泛应用的C/S模式、B/S模式和多层结构的原理及特点作了研究和分析。 3．自主设计了网络游戏平台的基本架构，要点如下： (1)根据游戏用户数量需求、网络技术现状和负载均衡等基本要求，采用了集群技术。集群系统中可以动态地加入新的服务器和删除需要淘汰的服务器，具备很强的可扩展性，从而能够最大限度地扩展系统以满足不断增长的应用的需要；另外，集群系统具有可用性，即能够为用户提供不间断的服务，当系统中的一个结点出现故障的时候，整个系统仍然能够继续为用户提供服务；同时，由于玩家是分布在不同地区的，我们把一个完整的游戏世界服务器集群系统放置在不同区域，这样就使得玩家可以访问离他们最近的服务器集群系统，对玩家来说体验到更快的响应速度，对服务提供商来说节约网络带宽，降低成本。 (2)我们采用了服务器集群技术，并将平台设计为四层的C/S结构，第一层是客户端，提供用户接口。第二层是游戏通信平台(网关服务器)，这是服务器集群的唯一入口，转发所有的功能请求给服务结点池中的具体服务器，并处理所有的非功能请求，并管理终端用户、进行状态保持、日志记录等。第三层是提供实际服务的服务器群，处理并且仅处理所有的功能性请求，不参与用户管理、状态保持等，提供最纯粹的功能服务。第四层是数据库存储系统，负责管理对数据的读写和维护，为整个集群内部运行提供稳定、一致的数据存取服务。 (3)数据服务器采用备份功能和建立专门的灾备中心，保证平台系统可靠运行。 (4)从网络环境、法律上人为规定制度、数据安全与系统可靠性、权限管理、系统监控等多个方面设计来保证整个平台系统的安全性与可靠性。 4．网络游戏平台中实现了下列关键技术 (1)游戏通信平台GataServer。GateServer作为网络游戏数据交互的接口，是游戏客户端的接入服务器，实现客户端到游戏服务器之间的数据交互。采用Winsocket网络编程实现玩家与游戏服务器的通信，同时在充分考虑“性能”和“可扩展性”两者兼顾的情况下，我们将游戏通信平台GateServer分为网络底层和网络中层服务两层结构。专用的游戏通信平台有利于实现合理的负载平衡，形成一个简单的、一致的、灵活的分布式处理通信环境。 (2)通信数据包。它是服务器和客户端的游戏协议部分，即游戏服务器和客户端的通信规则。网络游戏通信的数据包是网络包，具有一个确切的逻辑意义的数据包是逻辑包，我们采用的方式是把多个具有确切的逻辑意义的逻辑包组合成一个网络包，这样提高了传输效率，减少了网络带宽的占有率，降低了发送数据包的频率。 (3)多线程。在网络游戏设计中，由于大量的用户参与游戏，所以在服务器端必须使用多个线程进行网络接收，发送、处理数据包等操作。而为了便于对多个线程进行维护，我们将多个线程封为线程池类(Thread Pool)，用来建立，结束、分配工作线程的工作等任务。 5．详细阐述了游戏服务器的实现过程，讨论了游戏器服务器的总体框架，包括网络层、命令处理层和虚拟世界层三个部分，并分别对它们的实现进行了详细的描述。 本文的主要工作在《天骄Ⅱ》、《傲世online》、《凤舞天骄》这三款网络游戏中得到了实际运用，其中《天骄Ⅱ》的游戏玩家同时在线人数达到了十几万，取得了很好的经济效益。

目录

声明

摘要

第一章前言

1.1网络游戏平台的发展背景

1.2国内外现状

1.3本文的研究内容

第二章网络游戏概述

2.1网络游戏的概念

2.2网络游戏的类型

2.3国内网络游戏的发展历程

2.4网络游戏的特征

第三章应用平台体系结构

3.1 C/S模式

3.1.1 C/S工作原理

3.1.2 TCP工作机制

3.2 B/S模式

3.2.1 B/S工作原理

3.2.2 HTTP工作机制

3.3 C/S模式与B/S模式的比较

3.4三层及多层软件体系结构

3.4.1二层结构的退出

3.4.2三层及多层结构原理

3.4.3三层及多层结构的特点

第四章网络游戏平台的体系结构及关键技术

4.1基于集群技术的四层平台体系结构

4.1.1集群的提出

4.1.2集群技术的概念及特点

4.1.3平台体系结构

4.2游戏通信平台GateServer

4.2.1通信平台GateServer的设计框架与特点

4.2.2通信平台GateServer网络底层

4.2.3通信平台GateServer网络中层

4.2.4网络通信平台GateServer的接口设计

4.3统一格式的通信数据包

4.3.1通信包的设计

4.3.2通信包的通信控制

4.4多线程实现

第五章网络游戏平台的总体设计

5.1平台设计目标

5.2平台架构设计

5.2.1平台开发运行环境

5.2.2 四层C/S体系架构

5.3平台网络结构

5.4平台数据库设计

5.5平台功能模块设计

5.5.1系统服务模块

5.5.2受控安全模块

5.5.3启动平台模块

5.6平台的容灾机制

5.7平台的安全性设计

5.8平台的特点与可扩展性

第六章游戏服务器实现

6.1总体框架

6.2网络层实现

6.3命令处理层实现

6.4虚拟世界层实现

第七章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文