UE5 网络通信协议学习笔记

UE5 网络通信协议学习笔记

一、 核心原则：协议分层与分工

UE5 网络通信采用分层架构，不同协议负责不同任务，以实现性能与功能的平衡。

协议层级	协议	核心职责	UE5 中的主要应用场景
传输层	UDP	高速、低延迟地传输数据包，但不保证可靠性和顺序。	游戏核心玩法同步（玩家位置、动作、状态、武器射击）。
传输层	TCP	可靠、有序地传输数据流，保证数据送达，但延迟较高。	连接信令 （匹配、连接）、非实时大数据传输（资产下载）。
应用层	HTTP/S	基于"请求-响应"模式与Web服务交互，传输格式化消息。	与游戏后端服务通信（用户登录、排行榜、支付、数据查询）。
应用层	WebSocket/S	在持久连接上实现全双工实时通信，服务器可主动推送消息。	游戏内实时服务（聊天系统、实时组队状态、LiveOps事件推送）。

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二、 各协议通信原理与技术细节

1. UDP (User Datagram Protocol)

• 通信过程：

  1. 无连接：直接向目标IP和端口发送数据包，无需预先握手建立连接。
  2. 单向发送：发送后不关心对方是否收到，也不进行重传。
  3. 无状态：每个数据包都是独立的。

• UE5 中的实现：

  • 引擎封装：UE 在 UDP 基础上构建了其网络复制（Replication）和 RPC 系统。
  • 可靠性机制 ：开发者可将变量或函数标记为 Reliable。引擎底层会为此类数据实现确认（ACK）和重传机制，确保关键操作（如开枪、使用技能）必定送达。这是在应用层解决的可靠性，比 TCP 更高效。
  • 优势：避免了 TCP 的"队头阻塞"问题，延迟极低，是实时动作游戏的必然选择。

2. TCP (Transmission Control Protocol)

• 通信过程：

  1. 三次握手建立连接 (SYN -> SYN-ACK -> ACK)。
  2. 可靠传输 ：每个数据包都有序列号，接收方必须回复 ACK 确认。未确认的包会被重传。
  3. 有序交付：接收方按序列号重组数据包，确保数据流顺序。
  4. 流量控制：通过滑动窗口机制动态调整发送速率，避免网络拥塞。
  5. 四次挥手断开连接。

• UE5 中的实现：

  • 用于对可靠性要求绝对优先、但对延迟不敏感的场景。例如，确保玩家成功加入大厅的指令不会丢失。

3. HTTP (HyperText Transfer Protocol)

• 通信过程：

  1. 基于 TCP 连接。
  2. 请求-响应模型 ：
     • 客户端 ：发送一个结构化请求（包含方法 GET/POST/PUT/DELETE、URL、头、体）。
     • 服务器 ：处理请求后，返回一个结构化响应（包含状态码 200/404/500、头、体）。
  3. 无状态：默认每次请求结束后连接关闭，服务器不保留上下文。

• UE5 中的实现：

  • 通过 UHttpBlueprintLibrary 或 C++ 中的 Http Module 调用 RESTful API。
  • 必用 HTTPS ：在实际项目中，所有 HTTP 通信均应使用 HTTPS（即 HTTP over SSL/TLS）对传输内容进行加密，保护用户敏感数据。

4. WebSocket

• 通信过程：

  1. HTTP 握手升级 ：客户端发送一个带有 Upgrade: websocket 头的 HTTP 请求。
  2. 协议切换 ：服务器返回 HTTP 101 Switching Protocols 响应。此后，底层 TCP 连接不变，但通信协议从 HTTP 切换为 WebSocket。
  3. 全双工通信：连接建立后，双方可随时、主动地向对方发送轻量级的数据帧（Frame），头部开销极小（仅2-10字节）。
  4. 连接持久保持，直到一方主动关闭。

• UE5 中的实现：

  • 用于需要服务器主动、实时向客户端推送数据的场景。
  • 避免了 HTTP 轮询（频繁发送请求询问是否有新消息）带来的延迟和性能浪费。

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三、 安全性技术落实

1. 传输加密：

   • HTTP -> HTTPS ：对所有 Web API 调用使用 TLS/SSL 加密。
   • UDP -> DTLS ：为游戏数据流启用 DTLS （Datagram Transport Layer Security），这是 TLS 的 UDP 版本，可加密游戏核心数据包，防止窃听和篡改。在 Project Settings 中配置 bUseEncryption = true。

2. 身份认证与授权：

   • 客户端通过 HTTPS POST 请求将凭证（如用户名/密码）发送至登录 API。
   • 服务器验证后返回一个 JWT (JSON Web Token)。
   • 客户端在后续请求的 HTTP Header（Authorization: Bearer <token>）或连接服务器时携带此 Token，以证明自身身份。

3. 权威服务器验证 (防作弊根本)：

   • 核心原则：服务器是游戏状态的唯一真相来源（Source of Truth）。
   • 实现 ：绝不信任客户端。服务器需对所有客户端输入进行二次验算。例如，客户端上报"击中玩家"，服务器需校验射击者位置、武器射程、冷却时间等是否合法，再决定是否生效。

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四、 稳定性技术落实

1. 可靠性机制 ：合理使用 Reliable 属性与 RPC，确保关键状态同步和操作不会丢失。
2. 连接管理 ：
   • 心跳包：引擎通过不可靠的 UDP 心跳包维持 NAT 映射，并快速检测断线。
   • 超时断开：服务器在设定时间内未收到客户端数据包，会将其踢出会话。
3. 网络优化 ：
   • 带宽控制 ：UE 的网络拥塞控制算法能根据包丢失和延迟动态调整发送速率。
   • 数据优先级 ：通过 NetPriority 等设置，确保重要对象（玩家）的更新优先于次要对象（环境特效），在网络拥堵时保障核心体验。

总结：UE5 的网络哲学

• 性能核心 ：使用 UDP 并自建可靠性机制，以满足游戏对低延迟的极致要求。
• 工具化 ：为不同任务选择最合适的协议：HTTP(S) 用于Web服务，TCP 用于可靠信令，WebSocket 用于服务器推送。
• 安全基石 ：HTTPS 加密Web通信，DTLS 加密游戏数据，服务器权威验证防御作弊。
• 稳定保障 ：通过心跳、超时、重传、拥塞控制 和数据优先级共同保障网络稳定性。