Tạo Kết Nối Ổn Định Hơn Trên Mạng Di Động - nói dối e blog
nói dối e blog
nói dối e blog

Tạo Kết Nối Ổn Định Hơn Trên Mạng Di Động

Anonymous trong Phát Triển Game và Mã Nguồn Mở
 Khoảng 1100 từ 5 phút 

Xây dựng kết nối ổn định hơn trên mạng di động
Trò chơi di động của chúng tôi đã ra mắt được một thời gian. Trước khi bắt đầu dự án, tôi từng viết một bài blog phân tích hai thách thức kỹ thuật chính trong phát triển game trên thiết bị di động: sự bất ổn của mạng di động và giới hạn tài nguyên phần cứng. Do thời gian phát triển hạn chế, chúng tôi chưa thể giải quyết triệt để vấn đề đầu tiên.

Tôi luôn tránh triển khai giải pháp tạm thời cho vấn đề TCP mất kết nối và kết nối lại vì việc xây dựng TCP over TCP không mang lại hiệu quả rõ rệt. Trong bối cảnh mạng di động phát triển nhanh chóng, ngành công nghiệp đang không ngừng cải thiện độ ổn định mạng. Việc đầu tư công sức vào giải pháp này có thể trở nên thừa thãi sau 2 năm nữa.

Ví dụ, sự ra đời của iOS 7.0 đã giới thiệu công nghệ MultiPath TCP (MPTCP) đến đông đảo người dùng. Nhiều tài liệu tiếng Trung tập trung ca ngợi khả năng tăng băng thông của MPTCP, thậm chí có ý kiến cho rằng việc kết hợp 3G và Wi-Fi để tải dữ liệu là không cần thiết. Tuy nhiên, theo tôi, giá trị thực sự của MPTCP nằm ở khả năng tạo ra kết nối ổn định hơn.

Như tên gọi, MPTCP cho phép thiết lập nhiều đường truyền trên cùng một kết nối TCP. Giống như IP có thể ẩn các thay đổi định tuyến, MPTCP cũng che giấu các đường truyền đang sử dụng. Trong thử nghiệm gần đây, khi cài đặt kernel hỗ trợ MPTCP trên server, chúng tôi nhận thấy thiết bị có thể tạo đường truyền mới khi có IP khả dụng. Nếu cả hai đầu kết nối đều có 2 IP, hệ thống sẽ thiết lập 4 kết nối TCP chéo nhau. Miễn có ít nhất một đường truyền hoạt động, kết nối tổng thể sẽ không bị gián đoạn.

Đặc biệt, nếu server có cả IP của China Telecom và China Unicom, thiết bị hỗ trợ MPTCP sẽ tự động sử dụng song song hai đường truyền này cho một kết nối logic. Điều này rất có lợi trong môi trường mạng Trung Quốc, giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng máy chủ BGP hay cấu hình DNS phức tạp.

Khi thiết bị di động chuyển từ 3G sang Wi-Fi, MPTCP sẽ tự động chuyển sang sử dụng Wi-Fi mới. Khi rời khỏi vùng phủ Wi-Fi, hệ thống sẽ chuyển mượt sang 3G và tiếp tục sử dụng Wi-Fi mới khi phát hiện. Nhờ đó, thiết bị có thể di chuyển qua nhiều mạng mà không bị ngắt kết nối.

Tiếc rằng Apple chưa mở hoàn toàn MPTCP cho ứng dụng. Qua thử nghiệm, chỉ Siri mới sử dụng MPTCP. Ngoài ra, MPTCP hiện chỉ sử dụng đường truyền ban đầu để trao đổi thông tin điều khiển. Khi IP ban đầu失效, hệ thống không thể nâng cấp các đường truyền mới thành chính.

Dù vậy, tôi tin rằng việc xây dựng giao thức TCP ổn định hơn ở tầng ứng dụng là khả thi. Dưới đây là thiết kế giao thức bất đối xứng cho game server:

  1. Quy trình bắt tay 3 bước

    • Client gửi gói tin đầu tiên chứa số 0 và giá trị ngẫu nhiên A (theo thuật toán Diffie-Hellman)
    • Server phản hồi giá trị B (từ DH) và chuỗi xác thực E
    • Client tính toán H = hash(secret + E) và gửi lại để xác thực

  2. Khôi phục kết nối

    • Khi IP thay đổi, client có thể thiết lập kết nối mới mà không cần kết nối cũ còn hoạt động
    • Server sẽ sao chép trạng thái RC4 và gửi lại gói tin chưa nhận từ kết nối cũ

  3. Mã hóa và xác thực

    • Sử dụng RC4 với s-box được tạo từ secret
    • Mỗi gói tin được mã hóa và ghi nhận fingerprint (CRC của luồng dữ liệu)
    • Cache 128 gói tin gần nhất để khôi phục kết nối

  4. Giao diện C trung gian

     1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13

    struct socket_pool;
struct socket_package {
  int fd;  // Socket handle
  int sz;  // Kích thước dữ liệu
  const char * buffer;  // Dữ liệu
};
struct socket_pool * socketpool_new();
void socketpool_release(struct socket_pool *sp);
void socketpool_timeout(struct socket_pool *sp);
void socketpool_pushinput(struct socket_pool *sp, int fd, const void * buffer, int sz);
void socketpool_pushoutput(struct socket_pool *sp, int id, const void * buffer, int sz);
int socketpool_popoutput(struct socket_pool *sp, struct socket_package *p);
int socketpool_popinput(struct socket_pool *sp, struct socket_package *p);

Giao thức này cho phép client thiết lập kết nối mới bất kỳ lúc nào, đảm bảo ứng dụng không nhận thấy sự gián đoạn. Kết hợp với cơ chế heartbeat mỗi phút, hệ thống có thể tự động chuyển đổi mạng khi cần thiết.

Tôi đã triển khai phiên bản mã nguồn mở với API điều chỉnh linh hoạt. Dù chưa qua kiểm thử kỹ lưỡng, đây là nền tảng hứa hẹn cho các nhà phát triển cùng hoàn thiện.

Lợi ích vượt trội:

  • Tự động chuyển đổi giữa 3G/Wi-Fi mà không mất kết nối
  • Khôi phục dữ liệu chưa nhận khi chuyển mạng
  • Bảo mật dữ liệu qua mã hóa RC4 và xác thực fingerprint
  • Tối ưu hóa cho môi trường mạng di động không ổn định

Hướng phát triển:

  • Tích hợp với các framework game phổ biến
  • Tối ưu hóa thuật toán mã hóa cho thiết bị di động
  • Hỗ trợ đa nền tảng (iOS/Android)

Bài viết này không chỉ trình bày giải pháp kỹ thuật mà còn mở ra hướng tiếp cận mới trong thiết kế giao thức mạng cho ứng dụng di động. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ mạng, việc kết hợp giữa phần mềm linh hoạt và phần cứng tiên tiến sẽ tạo ra trải nghiệm người dùng vượt trội.

Cập nhật ngày 2014-02-01 
CC BY-NC-SA 4.0
Đọc với định dạng Markdown
Thực Hiện
Quay lại | Trang chủ
0%