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面试题:网络编程之libevent架构扩展与安全性

假设要对现有的基于libevent的游戏服务器网络架构进行扩展,以支持更多类型的网络协议(如UDP、WebSocket),同时增强安全性(如加入SSL/TLS加密)。请详细说明整体的架构改造思路,包括libevent库的使用调整、新协议模块的设计以及安全模块的集成方法。
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后端开发网络编程

知识考点

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面试题答案

一键面试

1. Libevent库使用调整

  • 事件循环
    • 维持现有基于libevent的事件循环框架。libevent的核心是事件驱动的I/O多路复用,在扩展协议时,继续使用ev_base作为事件循环的基础。例如,在原有TCP协议处理基础上,对于新增的UDP协议,同样将UDP socket注册到ev_base中,通过event_assignevent_new函数将UDP事件与相应的回调函数关联。
    • 对于WebSocket协议,由于其基于HTTP握手,在HTTP握手阶段可复用libevent对HTTP协议的处理能力(若已有相关处理),之后将WebSocket的后续数据传输事件注册到ev_base
  • 回调函数
    • 针对不同协议,设计不同的事件回调函数。对于UDP协议,回调函数处理UDP数据的接收和发送,当有UDP数据到达时,在回调函数中从socket读取数据并进行相应的业务逻辑处理。对于WebSocket协议,回调函数要处理WebSocket的帧解析、数据收发以及连接管理等操作。

2. 新协议模块设计

  • UDP模块
    • 初始化:创建UDP socket,设置socket选项(如SO_REUSEADDR等),绑定到指定的IP地址和端口。然后使用libevent将UDP socket添加到事件循环中,监听EV_READ事件,对应UDP数据接收。
    • 数据处理:在UDP数据接收回调函数中,读取数据并根据游戏服务器的协议格式进行解析。例如,若游戏采用自定义UDP协议,解析出消息头、消息体等部分,根据消息类型进行相应的游戏逻辑处理。对于UDP发送,提供一个发送函数,将数据封装成合适的格式后通过UDP socket发送出去。
  • WebSocket模块
    • 握手处理:当有HTTP请求到达,判断是否为WebSocket握手请求(通过检查请求头中的Upgrade: websocket等字段)。若为WebSocket握手请求,按照WebSocket协议规范进行握手响应,生成正确的Sec - WebSocket - Accept字段等。
    • 帧处理:WebSocket以帧为单位传输数据。设计帧解析函数,将接收到的字节流解析成WebSocket帧,识别不同的帧类型(如文本帧、二进制帧、关闭帧等)。对于发送,将数据封装成WebSocket帧格式发送。在处理过程中,要注意掩码的处理(对于客户端到服务器的帧)。

3. 安全模块集成方法

  • SSL/TLS加密
    • 初始化:使用OpenSSL库(一种常用的SSL/TLS实现)进行初始化。在程序启动时,调用SSL_library_initSSL_load_error_strings等函数初始化OpenSSL库环境。
    • 上下文创建:为TCP和WebSocket(若需加密)创建SSL上下文。对于TCP,根据服务器需求设置SSL上下文参数,如证书加载(SSL_CTX_use_certificate_file)、私钥加载(SSL_CTX_use_PrivateKey_file)以及加密套件设置(SSL_CTX_set_cipher_list)等。对于WebSocket,在完成HTTP握手升级为WebSocket连接后,同样创建对应的SSL上下文并进行类似设置。
    • 数据处理:在TCP或WebSocket数据收发过程中,通过SSL函数进行加密和解密。例如,在接收数据时,先从socket读取数据到缓冲区,然后使用SSL_read函数将缓冲区数据解密成明文;发送时,先使用SSL_write函数将明文加密,再将加密后的数据通过socket发送出去。对于UDP,若要进行加密,可采用DTLS(Datagram Transport Layer Security),其原理与TLS类似,但针对UDP无连接特性进行了优化,同样需要初始化DTLS上下文、加载证书等操作,并在数据收发时使用相应的DTLS函数进行加密和解密。