[Book] 게임 서버 프로그래밍 교과서 - 6장 게임 네트워크 엔진 프라우드넷

6장 게임 네트워크 엔진 프라우드넷

 

1. 게임 서버, 네트워크 엔진

게임 서버와 멀티플레이어 처리를 개발할 때 네트워킹 처리를 위해 보통 소켓 API를 이용한다. 그러나 소켓 API만 이용하면 다음과 같은 번거로움이 발생할 수 있다.

• 운영체제마다 소켓 API를 사용하는 방식에 차이가 있다.
• 소켓 API에서 제공하지 않는 기능은 직접 만들어야 한다.

 

그래서 이러한 문제를 개선하기 위해 네트워크 엔진을 사용하기도 한다.

 

2. 개발 환경과 기본 모듈

네트워크 엔진 중 하나인 프라우드넷은...

• 상업용 소프트웨어로 개인이나 특정 조건의 인디 개발사에서는 무료로 사용할 수 있다.
• 클라이언트-서버 간 네트워킹과 클라이언트 간 직접 네트워킹을 단순하게 사용할 수 있게 하며 네트워크 암호화, 암축, 흐름 제어 등 기능을 제공한다.
• 개발 언어는 C++, C#을 지원한다.
• 서버 모듈은 윈도 서버와 리눅스를 지원하고 클라이언트는 윈도, 리눅스, iOS, 안드로이드, 플레이스테이션 4를 지원한다.

 

3. 게임 클라이언트-서버 통신

네트워크 모듈은 크게 클래스 2개로 나뉜다.

• NetServer 클래스: 게임 서버의 메인 모듈로 클라이언트의 연결을 받으며 메시지를 주고받는 역할을 한다. 또 각 클라이언트의 네트워크 상황 등을 열람할 수 있다.
• NetClient 클래스: 게임 클라이언트에서 네트워크 모듈로 서버와 연결을 맺은 후 메시지를 주고받을 수 있다. 또 다른 클라이언트와 P2P 통신도 가능하다.

 

클라이언트-서버 접속 과정

 

NetServer 인스턴스를 생성하고 클라이언트 접속을 받으려면, 다음 작업이 필요하다.

• CNetServer.Create()로 인스턴스를 생성한다.
• CNetServer.Start()로 클라이언트 접속을 받는다. 이때 매개변수로 리스닝 포트 번호와 프로토콜 버전을 보낸다.
  • 프로토콜 버전은 서버와 클라이언트가 모두 맞추어야 한다.

CNetServer* s = CNetServer::Create();
param.m_tcpPorts.Add(44444);
param.m_udpPorts.Add(44444);
param.m_protocolVersion = Guid(
{ 0x5dca93f4, 0x8133, 0x44a0,{ 0xb5, 0x7b,
0x75, 0x7d, 0x9c, 0x78, 0xd5, 0x2e } });
 
s->Start(param);

 

클라이언트는 인스턴스를 생성하고 서버에 접속하려면, 다음 작업이 필요하다.

• CNetClient.Create()로 인스턴스를 생성한다.
• CNetClient.Connect()로 서버에 접속한다. 이때 매개변수로 서버 주소와 포트 값, 프로토콜 버전을 보낸다.

CNetClient* c = CNetClient::Create();
param.m_serverAddr = _PNT("my.game.com");
param.m_serverPort = 44444;
param.m_protocolVersion = Guid(...);

c->Connect(param);

 

서버에 클라이언트 접속이 들어오면, 서버 스레드 풀에서 OnClientJoin() 이벤트 함수를 호출한다. OnClientJoin()은 클라이언트 접속이 들어왔음을 알리는 이벤트로 함수 콜백 형태이다. 즉, 이벤트 함수를 이용하려면, 개발자는 이 이벤트를 처리하는 함수를 만들어야 하고 프라우드넷은 그 함수를 호출해 준다.

s->OnClientJoin = [](CNetClientInfo* info) {
    // info에는 새 클라이언트 정보가 있다.
    ...
};

 

서버 접속이 완료되면, 클라이언트에서는 OnJoinServerComplete() 이벤트 함수를 호출한다.

c->OnJoinServerComplete = [](ErrorInfo* result) {
    if (result->m_errorType = = ErrorType_Ok) {
        ... // 성공 처리
    }
    else {
        print(result->ToString());
        ... // 실패 처리
    }
};

 

일반적인 게임 클라이언트는 메인 루프를 가진다. 메인 루프에서는 게임 로직 처리와 렌더링을 하는데, 서버나 다른 클라이언트에서 온 메시지를 처리하거나 이벤트 함수를 호출받는 것도 이 메인 루프 어딘가에서 할 것이다. FrameMove() 함수를 호출하면, 지금까지 누적된 이벤트나 수신된 메시지에 대한 이벤트 콜백이 일어난다.

c->FrameMove();

 

다음으로 클라이언트와 서버 간 연결 해제이다.

 

클라이언트-서버 연결 해제

 

클라이언트에서 Disconnect() 함수를 호출하거나 서버와 클라이언트 연결이 중간에 끊겨 OnLeaceServer() 이벤트 함수가 호출되면, 서버에서도 OnClientLeave() 이벤트 함수가 호출된다.

c->OnLeaveServer = [](ErrorInfo* reason) {
    // reason에는 왜 끊어졌는지가 담겨 있다.
    ...
};

s->OnClientLeave = [](CNetClientInfo* client,
    ErrorInfo* reason,
    const ByteArray& comment) {
    // 여기에 이벤트 처리 코드를 추가한다.
};

 

4. 메시지 주고받기

프라우드넷에서 메시지를 주고받는 방법은 크게 '전통적인 방법으로 바이너리 데이터 주고받기'와 '다른 컴퓨터에 있는 함수를 원격으로 호출하기'가 있다.

 

전통적인 방법으로 바이너리 데이터 주고받기는 NetClient와 NetServer 내 SendUserMessage() 함수로 상대방에게 메시지를 전송하는 방법이다. 이때 매개변수는 다음과 같다.

• 누구(HostID 또는 HostID array): 메시지를 보내고자 하는 대상
• 어떻게(reliable, unreliable 등): 어떤 방법으로 상대방에게 메시지를 전송할지
• 무엇을(byte array): 메시지

unsigned char data[100];
 
c->SendUserMessage(HostID_Server,
    RmiContext::ReliableSend, data, 100);
s->SendUserMessage(ClientHostID,
    RmiContext::UnreliableSend, data, 50);
 
HostID sendTo[10];
s->SendUserMessage(sendTo, 10,
    RmiContext::UnreliableSend, data, 30);

 

메시지를 수신하면 OnReceiveUserMessage() 이벤트 함수가 호출된다.

c->OnReceiveUserMessage = [...]
    (HostID sender, const RmiContext& rmiContext,
        uint8_t* payload, int payloadLength)
    {
        ... // 수신된 이벤트 처리를 해 주자.
    };

 

5. 와이파이 셀룰러 연결 핸드오버 기능

모바일 게임을 개발할 때는 무선 네트워크가 끊어질 수 있다는 점을 고려해야 하는데, 프라우드넷은 연결 유지 기능을 통해 이 문제를 극복할 수 있다. 이를 사용하면 와이파이 지역을 벗어나거나 반대로 와이파이 지역 안으로 들어가더라도 연결이 끊어지는 현상 없이 게임을 플레이할 수 있다.

param.m_autoConnectionRecovery = true;
...
c->Connect(param);

 

네트워크 통신이 일시적으로 멈추고 다시 회복되면, 그동안 주고받지 못했던 메시지를 한꺼번에 받는다.

// 네트워크가 일시 정지되었을 때
c->OnServerOffline = [...](CRemoteOfflineEventArgs &args) {
    // args에는 왜 오프라인이 되었는지에 대한 정보가 있다.
    ...
};

// 네트워크가 다시 회복되었을 때
c->OnServerOnline = [](CRemoteOnlineEventArgs &args) {
    // args에는 연결 핸드오버가 완료된 후 정보가 담겨 있다.
    ...
};

 

6. 원격 메서드 호출

앞서 살펴본 전통적인 방법으로 바이너리 데이터 주고받기는 송수신 루틴을 직접 만들어야 하는 번거로움이 있다. 프라우드넷의 RMI(원격 메서드 호출(Remote Method Invocation))은 상대방 컴퓨터 안에 있는 프로그램의 특정 함수를 멀리서 실행하게 하는데, 이를 사용하면 더욱 편리하게 데이터를 주고받을 수 있다.

• 송신을 처리하는 코드와 수신을 처리하는 코드를 일일이 구현할 필요가 없다.
• 송수신 메시지 형태가 변경되었을 때 송신이나 수신을 처리하는 코드를 수정하다가 실수할 위험이 없다.

 

RMI

 

RMI는 수동으로 만들었어야 하는 코드를 자동으로 만들어준다. 송신하는 쪽에서는 실제 함수 대신 송신을 담당하는 코드가 실행되는데, 송신을 담당하는 코드는 '함수 호출을 대신한다'라는 의미로 proxy라고도 한다. 반대로 수신하는 쪽에서는 받는 메시지를 분석하여 실제 함수를 호출해준다. 수신을 담당하는 코드는 '함수를 호출해주는 기반'이라는 의미로 stub라고도 한다.

class SenderCode
{
    // 자동으로 생성되는 코드
    Knight_Move(SendTo, position, motion)
    {
        Message msg;
        msg.Write(ID_Knight_Move);
        msg.Write(position);
        msg.Write(motion);
        Send(SendTo, msg);
    }
}

class ReceiverCode
{
    // 자동으로 생성되는 코드
    ProcessReceivedMessage(Message msg)
    {
        ID = msg.Read();
        switch (ID)
        {
        case ID_Knight_Move:
            position = msg.Read();
            motion = msg.Read();
            Knight_Move(position, motion);
            break;
            ...
        }
    }
 
    Knight_Move(position, motion)
    {
       // 여기에 코드를 작성한다.
    }
}

 

7. 클라이언트끼리 P2P 통신

프라우드넷에서는 서버 없이 클라이언트끼리 통신하는 기능을 제공한다. 이를 P2P 혹은 피어투피어 네트워킹이라 한다.

• 서버가 승인해야만 P2P 연결이 가능하다. 서버에서 클라이언트 1과 2를 P2P 연결하라고 지시하면, 클라이언트 1과 2는 서로가 P2P 연결이 되었음을 즉시 알 수 있다.
• 초대된 클라이언트들을 묶어 P2P 그룹이라 부른다. 이 클라이언트끼리만 P2P 네트워킹을 할 수 있다.

 

P2P 그룹

HostID list[2];
list[0] = C1;
list[1] = C2;
// 두 번째 인자 = 배열 크기
G = s->CreateP2PGroup(list, 2);

 

8. 스레드 모델

스레드 모델

 

프라우드넷은 스레드 모델을 두 가지 형태로 제공한다.

• 서버 프로세스 하나가 스레드 여럿 가지는 형태의 서버
• 여러와 여러 서버 프로세스가 각각 스레드 하나를 가지는 형태의 서버

 

기본값으로 NetServer의 워커 스레드(worker thread)는 CPU 개수만큼 구동한다. 다시 말해서 CPU 개수만큼 스레드를 가진 스레드 풀이 기본으로 제공된다.