细谈网络同步在游戏历史中的发展变化（下）
前段时间，@韦易笑 老师阐述了有关“帧同步”一词在国内的发展历史也解释清了该名词乱用的原因。总的来说，国内“帧同步”与国外“Lockstep”的核心思想是一致的，为了方便描述，这篇文章会使用“帧同步”替代“LockStep”。
目录（下篇）：
五：物理同步
1.概念与理解
2.问题与解决方案
六.TCP VS UDP
七.常见同步优化技术
1.表现优化
2.延迟对抗
3.丢包对抗
4.带宽优化
5.帧率优化
八.总结
五、物理同步
1.概念与理解
所谓“物理同步”，字面上讲就是“带有物理状态对象的网络同步”，严格上来说它并不是一个标准的技术名词，而是大家约定俗成的一个概念。按照我的个人理解，可以进一步解释为“在较为复杂的物理模拟环境或有物理引擎参与计算的游戏里，如何对持有物理状态信息的对象做网络同步”。在英文中，我们可以使用Replicate physics-simulated objects 或者Networked physics来表示类似的概念。
不过，考虑到并不是所有物理现象都交给物理引擎处理，而且有物理引擎参与的网游也并不一定需要对同步做任何处理，所以我们常说的物理同步更多的是指“在网络游戏中，如果玩家的位置或者与玩家交互对象的位置需要经过物理引擎的模拟处理来得到结果，那么其中涉及到网络同步技术就可以称为物理同步”。（这里的物理模拟一般指整个对象完全交给物理引擎去计算碰撞、位置、约束等，很多情况下可以等价为对Ragdoll的模拟）
备注：物理一词涉及的范围非常广，在游戏里面应用的场景也很多，但是并不一定需要进行网络同步，比如简单的抛物线运动，射线检测，与玩法无关的场景破碎等。
早在上世纪70年代，就诞生了许多围绕物理特性产生玩法的游戏，不过由于当时计算机系统算力有限，涉及到的物理计算都非常简单（比如乒乓球游戏中小球的移动模拟[1]）。随着计算机性能的飞速提升，开发者们考虑将环境中的所有对象都交由统一的物理模块驱动，由此慢慢的催生出了通用的物理引擎[2]。很快的，各个游戏开发商逐渐将物理引擎集成进来，将更多更复杂的物理模拟过程应用到游戏中，制作出了诸如极品飞车、FIFA、NBA、愤怒的小鸟等围绕物理特性进行玩法设计的游戏。另一方面，随着计算机网络的发展，游戏中的网络同步技术愈加成熟，网络游戏的品质也不断向单机游戏靠拢，我们也得以将传统的单机游戏拓展成多人游戏。物理模拟作为提升游戏趣味性的一大技术也自然逐渐被纳入其中，物理同步变得重要起来。
 time-stepping scheme is used or if the application does not perform the same sequence of API calls on the same frames, the PhysX simulation can diverge.</p>
<p>如果游戏只是单个平台上发行，市面上常见的物理引擎（Havok，PhysX，Bullet）基本上都可以保证结果的一致性。因为我们可以通过使用同一个编译好的二进制文件、在完全相同的操作系统上运行来保证指令顺序并解决浮点数精度问题，同时打开引擎的确定性开关来保证约束的计算顺序（不过会影响性能），这也是很多测试者在使用Unity等商业引擎时发现物理同步可以完美进行的原因。当然，这并不是说我们就完全放弃了跨平台确定性的目标，比如Unity新推出的DOTS架构[7][8]正在尝试解决这个问题（虽然注释里面仍然鲜明的写着“Reserved for future”）。</p>
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RFC 2581中增加）。
在21世纪早期，我们因特网上的数据包有大约95%的包都使用了TCP协议，包括HTTP/HTTPS，SMTP/POP3/IMAP、FTP等。当然，也包括一大部分网络游戏。我们如此偏爱于TCP就是因为他从协议层面上提供了许多非常重要的特性，如数据的可靠性、拥塞控制、流量控制等。这些可以让软件应用的开发者们无需担心数据丢失、重传等细节问题。
然而在游戏开发中，这些特性却可能是网络同步中的负担。在FPS游戏中，玩家每帧都在移动，我们期望这些数据在几毫秒内就能送达，否则就会对玩家产生干扰、影响游戏体验。因此对于FPS、RTS这种要求及时响应的游戏，TCP协议那些复杂的机制看起来确实有点华而不实。
考虑到TCP协议非常复杂，这里只从几个关键的点来谈谈他的问题[17]。
1.在TCP中，数据是通过字节流的方式发送的，但由于建立在IP协议上必须将字节流拆分成不同的包，默认情况下协议会将你的数据包缓冲，到达一定值才会发送。这样可能会出现在游戏某个阶段你最后几个包明明已经执行了发送逻辑，但是由于缓冲机制被限制而无法到达。不过好在我们可以通过TCP_NODELAY来设置TCP立即刷新写入它的所有数据。
2.其次，TCP的可靠数据传输响应并不及时。一旦数据包发生丢失或乱序，那么接收方就会一直等待这个数据的到来，其他新收到的数据只会被缓存在协议层，你在应用层根本获取不到任何数据也无法做任何处理。这个时候你可能要等超时重传机制响应后才能拿到重发的数据包，这时候可能已经过了几十毫秒。即使TCP拥有快速重传机制，仍然达不到理想的延迟效果。
3.拥塞控制和流量控制不可控。TCP在网络环境比较差的条件下，会通过调整拥塞控制窗口大小来减少包的发送来降低吞吐量，这对于延迟敏感的游戏完全是无法接受的。同样，我们在应用层上面也无能为力。
4.其他的还有一些的小问题，比如每个TCP的报头都需要包含序列号、确认号、窗口等数据结构，无形中增加了流量大小；TCP需要在端系统中维护连接状态，包括接收与发送缓存、拥塞控制参数等，在处理大量连接的消息时也更为繁琐和耗时。
，即用户数据包协议，是一个简单的面向数据报通信的协议[18]。该协议由David P. Reed在1980年设计并写入<a href=)
RFC 768中。顾名思义，UDP设计之初就是为了让用户可以自由的定义和传输数据，不需要建立链接、没有流量控制也没有拥塞控制，但是会尽可能快的将数据传输到目的IP和端口。
 ，即根据玩家的位置维护一个动态的视野列表，视野外的对象会被完全忽略（能大幅的减少同步对象的遍历与比较）。其基本思想也是判断相关性，实现方式有很多，其中基于格子的空间划分算法是网络游戏中常见的实现方案。在虚幻引擎中，大世界同步框架ReplicationGraph[23]的核心思想也是如此。不过要注意的是，对于MMO这种可能有大量角色同时进行连续移动的游戏，视野列表频繁的增删查操作也可能对服务器造成一定的压力。</p>
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bjmayor
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