网络游戏架构的前世今生——网关

Posted 2023-03-28 王元恺David

上文： 网络游戏架构的前世今生——非会话游戏

3.5 网关

2018年，我在上海游戏圈推行网关 Gate 这个概念，也是我第一次从一个架构的学习者，逐步转变成一个架构的实践者的过程。其实现在网关这个概念早已走进民众视野，打开购物网站 app 搜索网关，能搜出一系列的产品，通常是指家用物联网网关。网关在我的理解中，既是对外实现广域互联的统一入口，也是对内实现局域互联的中转站，能解决设备或应用变多而导致的组网问题。简单来理解，就是一个网络流量的统一入口，转发到其他实际工作的服务器上。

在游戏中，网关是对外面向客户端的统一入口。在玩家完成登录等前置操作后，网关开始发挥作用，理论上网关不执行任何业务逻辑，只做筛选和转发。

如果没有网关，逻辑服直接暴露给玩家，会产生如下几个问题：

1. 逻辑服实例越多，管理越麻烦，切换也麻烦
2. 无法做到无缝切服换服，有等待时间
3. 权限和审查下移，安全风险大大增加

一条一条来看，如果是小体量的游戏，所有逻辑服业务逻辑写成一个单体应用，那对于第一条不会有太大感触。随着业务量的提升，不管是出于功能的分类还是水平的扩展角度，逻辑服实际包含的服务器实例的数量会变多。客户端需要写入更多的服务器地址，或者使用其他地址获取方案。而如果使用网关，客户端只需要记录网关服的服务器地址即可，不管之后游戏功能如何变迁，永远只需要和网关对接，客户端不需要受后端架构影响。

第二条是最容易体会的。传统的切服换服是需要断开长连接返回“登陆后尚未建立长连接”的状态，由派发服 Dispatch （注：这里的“派发服”是我自己取的名，仅供参考）列出当前可以选择的所有区服，择一获取区服连接地址建立连接（有些游戏的区服选择不在UI进行展示，玩家感知较弱，但其本质相同）。这个过程涉及到断开长连接与再建立的过程，不管切换这个过程的UI交互如何设计，必然会面临切换连接的网络卡顿问题，无非是UI交互上如何优雅的提升用户体验。而如果最前面是一层网关层，玩家客户端是与网关建立的长连接，切服换服只是把网关背后的逻辑服实例更换了一下，并不会直接影响到客户端与网关直接的连接，所以可以做到无缝切服换服。

第三条是隐性且容易被忽视的，一个游戏在被 DDos 攻击后，被其他各种各样的手段入侵后，才会去考虑这一系列的问题。这时候游戏架构已经成型，无法大改，只能选择接入一些安全产品，能提升多大的防护力不得而知。如果我们将逻辑服的业务逻辑直接暴露在公网之上，想要做安全策略需要在每一个服务上编写，例如审计、IP黑白名单、用户权限、异常记录、封禁等。这样不仅工作量大，也很难从工程上确保每个服务都保质保量的做好安全策略，即攻击面分散，易被各个击破。我们只需要缩小直接面对敌人的接入面，就能将防守的精力集中，才有可能做好这件事，即最小化攻击面。回头再看看上面网关的架构，网关作为对外的统一入口，其实也承担了安全防护的职责。我们只需要在网关上编写我们的安全策略即可，当然也可以在网关上集成第三方的安全服务，事半功倍。

我一直认为网络安全是一场攻防战，不存在最锋利的矛，也不存在最坚固的盾。最小化攻击面实则为工程实现提供了一种可能——只需要在一处地方编写安全策略，从而防护所有服务的可能，这并不意味着不去编写安全策略就能防护，更不意味着编写了安全策略就能防住。需要有正确合适的心理预期在这件事上。

由上面几点引申而来，分出网关服这一方案有一个突出的优点，这个方案实则是从强有状态的逻辑服中剥离出一块无状态的部分。为了追求接口的处理速度和返回效率，在游戏工程项目上逻辑服都是有状态的，每个用户的状态信息被储存在内存中，且优先被读取使用。而网关服要做的事和游戏业务逻辑无关——筛选和转发，是很容易写成无状态的。这里的无状态不是严格意义上的无状态，而是网关服不存游戏玩家信息，可以轻易切换、关闭而不用担心会丢失信息。这一特性决定了，网关服能直接水平扩展，即可以开任意多个，可以自由的在高峰期扩展数量、在低谷期收缩数量，可以在 DDoS来临时快速启动更多的实例扛住并筛选掉攻击流量，保证后方业务逻辑正常运转。当然这是建立在物理机或虚拟机资源无限的情况下，实战中还需考虑成本。

网关中唯一的“状态”是用户的长连接信息，网关1保存的客户端连接和网关2中保存的客户端连接完全不同。但这个信息是可被丢弃的，客户端只需要和其他网关重新建立长连接即可。

在游戏中，网关也是对内实现局域互联的中转站。游戏通讯是全双工的，逻辑服某一块业务例如邮件系统，有主动发送内容给客户端的需求，而不是请求-响应（request & response）模型。逻辑服中这样的系统有很多，如果逻辑服实例各自为战，每一块代码都是自行通知客户端，则整个网络拓扑复杂。我们可以通过网关来实现一个中转，从而实现逻辑服业务层隐藏在接入层之下，应对策划等需求方不断的业务调整。

当然，网关也可以作为逻辑服内实例的中转站、逻辑服与战斗服的中转站。逻辑服与战斗服的交互可以很好的借助网关来完成，同时能利用上述的鉴权等安全措施防止伪造战斗服。同时也进一步解耦战斗服和逻辑服，中间由无状态的网关隐去双方的业务实现。至于逻辑服内部的中转，实用性不大，有更好的服务发现方案运转这个体系，后文会有详细介绍。

下期预告：
3.6 停服与热更
3.7 微服务