Definitions

  • RFB Client: 用于连接 RFB 服务端,根据服务端的 framebuffer 绘制本地的 framebuffer .
  • RFB Server: 用于提供给客户端有关 framebuffer 相关的信息.
  • RFB Pseudo Encoding: 在原有 RFB 标准的协议编码之外,客户端自定义的数据编码,用于告知服务端其支持该扩展功能.
  • RFB Changed Rectangles: 表示 framebuffer 制定区域的变化信息.

RFB FramebufferUpdates

在 RFB 协议初始化握手完成之后, RFB 客户端向服务端请求 framebuffer 更新 ( framebufferupdaterequest ), 请求更新的区域大小为客户端的 framebuffer 的大小, 服务端计算请求区域的变化信息,并将其作为 framebufferupdate 回复 消息的一部分返回给客户端.

framebufferupdate 消息中包含一系列矩形区域的像素信息,客户端根据其位置信息, 将其填充到本地的 framebuffer 中.一次 framebufferupdaterequest 和 framebufferupdate 中间的间隔时间是不确定的(包括服务端计算脏区域,和网络传输延迟)

RFB Caching

RFB 协议在客户端和服务端之间会有大量的数据交互. 减少网络带宽的使用将对交互性起着决定性作用. 通过复用传输数据中的冗余信息,从而减少网络带宽,是其中的一种方法. (也成为数据压缩),数据压缩会给客户端和服务端带来额外的数据计算量, 不过该 overhead 在现在的硬件设备上是可以忽略不及. VNC 和 RFB 协议使用多种数据编码方式( encoding )来达到数据压缩的功能.

编码方式包括 Hextile , RRE , ZRLE , Tight 等等. 使用数据编码可以有效的降低一次 framebuffer 更新带来的数据传输量, 但是在多次更新的情景下,效果不明显. RFB Caching 将通过复用多次 framebuffer 更新之间的冗余信息, 来减少数据传输量.

例如,试想这样一个场景,一个 RFB 客户端将一个窗口最大化,然后立刻又将其 最小化,这将导致 framebuffer 的状态经过如下变化:

  • 初始状态,没有窗口最大化.
  • 窗口最大化.
  • 没有窗口最大化.

在一个相对快速的网络环境下, VNC 协议将触发三次独立的 framebufferupdate 更新信息,分别对应上述三个状态.第一次和第三次 framebuffer 的状态是相似的. RFB Caching 将充分利用这些状态变化所产生的冗余数据.

Algorithm

每次从服务端产生的 framebufferupdate 由一系列变化的矩形区域组成, 这些相同的变化区域将作为 caching 的最小单位.

在最开始的 framebufferupdate ,服务端对 framebuffer 中每个变化矩形区域 计算生成一个随机数( hash ),所有的 hash 将保存在服务端的 cache table 中. 这些 hash 将被用于决定所属的矩形区域是否已被发送给客户端, 因此该 hash 必须是全局唯一,同时必须具备以下属性:

  • 矩形区域中的任何变化,该 hash 将变化.
  • 不同的矩形区域产生相同的 hash 的概率应该非常小.
  • hash 与设备时间独立.
  • 该 hash 计算产生的时间不能太长.

然后服务端按照原有的流程发送该 framebufferupdate .

一旦客户端收到该更新信息,它将该 caching 信息存入本地的 cache table 中.

对于后续的 framebufferupdate ,服务端对于变化区域计算 hash ,然后在 cache table 中查找该 hash 是否已经存在.如果已经存在,服务端将告知客户端该区域 信息从客户端的 cache 中获取.如果不存在,那么该区域的数据信息该按照原有 方式编码传输.因此单个的 framebufferupdate 可能将混合 cached 和 nocached 矩形区域信息组成.

一旦客户端受到这样一系列的矩形区域,它对每个区域的状态进行确认, 如果 cached ,它将从 cache 中获得该区域的像素的信息, 反之,它将通过解码得到像素信息,同时更新对应的 cache table .

通过使用这种方案,服务端和客户端将使用新的数据更新其 cache table , 这里将使用 LRU 算法,服务端和客户端将保持 cache 的同步, 对于 cache 的管理可以在协议开始的握手阶段进行协商( cache 的大小等等).

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Protocol Extension for RFB Caching

RFB Cache Pseudo Encoding

RFB 客户端将其对 cache 的处理能力将通过 RFB 协议扩展的形式与服务端协商. 客户端将扩展其 encoding 列表,并通过 SetEncodings 协议消息发送给服务端.

RFB ServerCacheInit

RFB ServerCacheInit 消息是服务端发送给客户端的初始化握手数据包. 该消息将确认 Cache PseudoEncoding 会被使用在后续的 RFB 协议数据包中. 该数据包将包含如下字段:

  • message type(u8): RFB 协议定义的消息类型.
  • cache type(u8): cache 协议的版本号(1.0, 1.1 …).
  • maximum entries(u16): cache 中的条目数限制.
  • algorithm(u8): 算法选择( LRU , FIFO ).
  • reserved(u8): 预留.
  • miniumum cache data size(u16): 对于小图片,使用缓存效果不明显.这里规定使用 cache 的最小图片大小.

RFB ClientCacheInit

RFB 客户端用于 cache 相关信息的确认. 该数据包将包含字段同 ServerCacheInit :

  • message type(u8)
  • cache type(u8): 客户端可以返回低于服务端支持的版本.
  • maximum entries(u16):客户端可以返回服务器建议的 cache 大小,返回0说明客户端不支持 caching
  • algorithm(u8): 客户端将从服务端支持的算法从选择一个支持的算法.
  • reserved(u8): 预留.
  • miniumum cache data size(u16):客户端可能返回给服务端不用的大小,服务端应使用客户端制定的大小.

RFB CacheHit

用于服务端告知客户端从 cache 中获取像素信息.该数据包结构同 RFB 标准的 encoded rectangle :

  • x position(u16)
  • y position(u16)
  • width(u16)
  • height(u16)
  • encoding-type(u32)

其中的 encoding-type 为 RFB Cache. encoded rectangle 的数据部分为该区域在 cache table 中的 index :

  • cache index(u32)

FIN.