멀티플레이어 게임 프로그래밍

네트워크 게임의 아키텍처를 만드는 기술

조슈아 글레이저 , 산제이 마드하브 지음 | 장준혁 옮김

길벗 2017년 06월 06일 출간 종이책 : 2017년 04월 26일 출간

작품소개

책소개

현업 개발자가 알려주는 탄탄한 멀티플레이어 게임 프로그래밍

[리그 오브 레전드], [디스트로이 올 휴먼즈] 시리즈를 컨설팅하고 [로보블리츠], [맥스 액스], [스크랩 포스]를 개발한 조슈아 글레이저와 [메달 오브 아너: 퍼시픽 어썰트], [반지의 제왕: 컨퀘스트], [사보타주] 게임 제작에 참여한 산제이 마드하브가 서던캘리포니아 게임 학과에서 강의한 멀티플레이어 게임 프로그래밍을 책으로 옮겼다. 액션 게임과 실시간 전략 게임을 통해 멀티플레이어 아키텍처를 어떻게 구축하는지, 엔진의 각 부분을 어떻게 만들어야 하는지 설명한다.

목차

1장 네트워크 게임의 개요
__1.1 멀티플레이어 게임의 간추린 역사
____1.1.1 로컬 멀티플레이어 게임
____1.1.2 초기 네트워크 멀티플레이어 게임
____1.1.3 MUD: 멀티 유저 던전
____1.1.4 랜 게임
____1.1.5 온라인 게임
____1.1.6 MMO 게임
____1.1.7 모바일 네트워크 게임
__1.2 [스타시즈: 트라이브스]
____1.2.1 플랫폼 패킷 모듈
____1.2.2 연결 관리자
____1.2.3 스트림 관리자
____1.2.4 이벤트 관리자
____1.2.5 고스트 관리자
____1.2.6 이동 관리자
____1.2.7 기타 시스템
__1.3 [에이지 오브 엠파이어]
____1.3.1 턴 타이머
____1.3.2 동기화
__1.4 요약
__1.5 복습 문제
__1.6 더 읽을거리

2장 인터넷
__2.1 패킷 스위칭의 기원
__2.2 TCP/IP 스택의 계층 구조
__2.3 물리 계층
__2.4 링크 계층
____2.4.1 이더넷/802.3
__2.5 네트워크 계층
____2.5.1 IPv4
____2.5.2 IPv6
__2.6 전송 계층
____2.6.1 UDP
____2.6.2 TCP
__2.7 응용 계층
____2.7.1 DHCP
____2.7.2 DNS
__2.8 NAT
____2.8.1 NAT 투과
__2.9 요약
__2.10 복습 문제
__2.11 더 읽을거리

3장 버클리 소켓
__3.1 소켓 만들기
__3.2 운영체제별 API 차이
__3.3 소켓 주소
____3.3.1 자료형 안전성
____3.3.2 문자열로 sockaddr 초기화하기
____3.3.3 소켓 바인딩하기
__3.4 UDP 소켓
____3.4.1 자료형 안전성을 보강한 UDP 소켓
__3.5 TCP 소켓
____3.5.1 연결된 소켓으로 데이터 보내고 받기
____3.5.2 자료형 안전성을 보강한 TCP 소켓
__3.6 블로킹 I/O와 논블로킹 I/O
____3.6.1 멀티스레딩
____3.6.2 논블로킹 I/O
____3.6.3 select( ) 함수
__3.7 소켓 부가 옵션
__3.8 요약
__3.9 복습 문제
__3.10 더 읽을거리

4장 객체 직렬화
__4.1 직렬화가 필요한 이유
__4.2 스트림
____4.2.1 메모리 스트림
____4.2.2 엔디언 호환성
____4.2.3 비트 스트림
__4.3 참조된 데이터 처리
____4.3.1 임베딩(또는 인라이닝)
____4.3.2 링킹
__4.4 압축
____4.4.1 희소 배열(sparse array) 압축
____4.4.2 엔트로피 인코딩
____4.4.3 고정소수점
____4.4.4 기하 압축
__4.5 유지보수성
____4.5.1 직렬화 읽기와 쓰기를 하나로 합치기
____4.5.2 데이터 주도 직렬화
__4.6 요약
__4.7 복습 문제
__4.8 더 읽을거리

5장 객체 리플리케이션
__5.1 월드 상태
__5.2 객체를 리플리케이션하기
____5.2.1 객체 생성 레지스트리
____5.2.2 한 패킷에 여러 객체 실어 보내기
__5.3 초간단 월드 상태 리플리케이션
__5.4 월드 상태의 변경
____5.4.1 객체 상태 부분 리플리케이션
__5.5 직렬화 객체로 RPC 수행
__5.6 리플리케이션 시스템 개조하기
__5.7 요약
__5.8 복습 문제
__5.9 더 읽을거리

6장 네트워크 토폴로지와 예제 게임
__6.1 네트워크 토폴로지
____6.1.1 클라이언트-서버
____6.1.2 피어-투-피어
__6.2 클라이언트-서버 구현하기
____6.2.1 서버 코드와 클라이언트 코드 분리하기
____6.2.2 네트워크 관리자 및 신규 클라이언트 마중하기
____6.2.3 입력 공유 및 클라이언트 프록시
__6.3 피어-투-피어 구현하기
____6.3.1 신규 피어 마중하기 및 게임 시작하기
____6.3.2 명령 공유와 락스텝 턴
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출판사 서평

[이 책의 내용]
ㆍ 네트워크 게임의 태동과 그 진화 과정
ㆍ 인터넷 표준과 프로토콜을 게임 개발에 사용하기
ㆍ 멀티플레이어 게임 구현에 가장 널리 이용되는 버클리 소켓 다루기
ㆍ 인터넷 전송에 효율적인 게임 데이터 포맷 정하기
ㆍ 모든 플레이어가 같은 세계를 공유하도록 게임 상태 동기화하기
ㆍ 대규모 게임 구성을 위해 네트워크 토폴로지 조직하기
ㆍ 지연 및 데이터 손실을 초래하는 레이턴시와 지터링 문제 해결하기
ㆍ 게임 서버의 규모가 대형화될 때 성능 문제 해결하기
ㆍ 보안 취약점과 소프트웨어 치트에 대응하기
ㆍ 언리얼 4와 유니티 게임 엔진의 네트워크 기능 활용하기
ㆍ 매치 메이킹, 도전과제, 리더보드 등 게임 플랫폼 서비스에 연동하기
ㆍ 클라우드 환경에서 게임 서버 구동하기

[관련 도서]
[프로그래머를 위한 선형대수]
[게임을 움직이는 수학과 물리]
[3D 게임을 움직이는 수학과 물리]
[인프라 엔지니어의 교과서]

[옮긴이의 말]
이 책을 펼친 여러분이라면 틀림없이 누군가와 멀티플레이어 게임을 하면서 즐거운 시간을 보낸
경험이 있으실 겁니다. 그간 엄청나게 많은 게임이 세상에 선보였고 또 사라져 갔지만, 게이머들
에게 선택받고 오래 사랑받는 작품이 되기 위한 중요한 조건으로, 멋지게 구현된 멀티플레이만 한 게 또 있을까요.
한편 개발자로서 우리는 다양한 상용 엔진을 다루지만, 그 근간의 멀티플레이 로직이 어떻게 구성되어있는지, 왜 그런 설계가 필요했는지 이론적인 배경까지는 깊이 이해할 여유 없이 실무에 임할 때가 많습니다. 학부에서 전공과목 진도를 열심히 따라갔더라도, 막상 필드에서 필요한 내용이 있을 때 대체 그것을 여러 두꺼운 교과서 중 어디에서 봤던가 기억이 가물가물해 난감했던 경험을 가진 분도 계실 겁니다.
이 책에서 다루는 내용은 인터넷 링크 계층이나 스트림 및 바이트 순서 등 기초적이고 이론적인 내용부터 시작해, 데드 레커닝이나 서버 측 되감기 같은 고급 기법에 이르기까지 체계적으로 집대성되어 있습니다. 이를 통해 네트워크 게임을 개발하면서 갖게 될 법한 여러 의문에 대한 답을 얻을 수 있는데요, 쉬운 예로 왜 그간 PC 게임에서 TCP보다 UDP를 선호했는지, 왜 최근의 모바일 게임에선 또 TCP를 그럭저럭 쓰는 건지, 왜 엊그제 플레이한 콘솔 게임에서 랙 때문에 모내기하다 어처구니없게 킬 당했는지, 어떻게 만들었더라면 좀 나았을지 등등 말입니다.
기억이 새롭습니다. 네트워크 게임을 처음 개발할 때 프레임 틱을 어떻게 나누고 다루어야 하나,
입력 처리를 어떻게 해야 반응 속도가 좋으려나 칠판에 쓰고 지우고 또 쓰며 궁리하던 기억. 자꾸만 깨지는 동기화 코드를 밤새도록 디버깅하며 어디 물어볼 사람 하나만 있었으면 하고 답답해했던 기억. 이 책을 처음 읽었을 때, 당시에 고민했던 내용이 주제별로 정리된 것을 보고 무릎을 탁 쳤습니다. 그리고 과거로 타임슬립해서 자리에 한 권 올려놓고 왔으면 싶었습니다.
이제 게임 산업이 성숙하면서 많은 기술이 깔끔한 부품으로 포장되어 그 내부를 속속들이 알지 못하더라도 얼마든지 조립해 출시할 수 있는 시대가 되었습니다. 하지만, 여전히 원천 기술에 대한 이해가 부족하다면 손댈 엄두조차 나지 않는 과제들도 많이 남아있습니다. 이를테면 LTE 환경에서 MTU에 맞게 패킷 크기를 최적화하기, 클라이언트 측 예측을 수행하는 모듈의 ‘한 프레임’ 튀는 버그 잡아내기, 자동 스케일링 걸어놓은 클라우드 인스턴스의 프로세스가 안 죽고 버티는 문제 수정하기 등등. 게임의 완성도를 위해, 그리고 제품의 차별화를 위해, 나아가 생산성 재고 및 비용절감을 위해 시도할 수 있는 기술적 과제는 무궁무진합니다.
이 책의 내용을 충실히 소화한다면 다 해낼 수 있습니다, 라고 하는 건 무리겠지요. 하지만 적어도 여기 실린 내용은 십여 년간 제가 블로그나 논문에서 단편적으로만 접할 수 있던 내용들이 체계적으로 종합되어 있어 매우 도움될 것이라 자부합니다. 앞으로 멀티플레이 구현에 관련된 여러 책이나 글을 볼 계획이시라면, 이 책 한 권 만큼은 기왕 펼치신 김에 꼼꼼히 봐 두실 것을 추천해 드립니다.
번역 도중 궁금점에 대해 친절히 답변해 주시고, 우리나라 독자를 위해 인사 글을 따로 남겨주신
원저자 조슈아 글레이저 님께 감사드립니다(코핑 선생의 가르침을 잊지 않겠습니다). 아울러 출판 여건에도 불구하고 다양한 이론서적을 꾸준히 발굴하여 국내에 소개해 주시는 길벗출판사 여러분께도 감사드립니다. 늘 응원과 사랑을 아끼지 않는 아내 혜화, 그리고 게임 만드는 아빠가 마냥 자랑스러운 아들 지운이와 출간의 보람과 기쁨을 함께하고 싶습니다.

[지은이의 말]
네트워크 멀티플레이 게임은 오늘날 게임 산업에서 큰 축을 담당하고 있다. 게임을 즐기는 인구도 오가는 돈도 어마어마하다. 2014년 당시 매달 6천 7백만 플레이어가 《리그 오브 레전드》를 즐기고 있었으며 이 책을 쓰는 시점인 2015년 《DoTA 2》 월드 챔피언십의 상금은 도합 170억 원 규모에 달한다. 멀티플레이 모드 덕분에 대중적 인기를 누리는 《콜 오브 듀티》 시리즈의 경우 매번 출시하기가 무섭게 1조 원 이상의 매상을 올린다. 그간 싱글 플레이만 지원하던 《GTA(Grand Theft Auto)》 시리즈도 드디어 4편부터 네트워크 멀티플레이 요소가 탑재되었다.
이 책에선 네트워크 멀티플레이 게임을 프로그래밍하는 데 필요한 주요 요소를 심도 있게 다룬다. 우선 네트워크의 기초부터 시작해서 인터넷은 어떤 방식으로 동작하고 데이터를 다른 컴퓨터에 보낼 때 내부에서 어떤 일이 일어나는지 알아본다. 기초를 다지고 나면 게임 데이터를 전송하는 기본 방법을 살펴본다. 네트워크로 게임 데이터를 보내기 위해 준비해야 할 것, 네트워크를 통해 게임 객체를 업데이트하는 법, 게임 세션에 참여하는 컴퓨터들을 조직화하고 연결하는 법 등이다. 그다음으로 다룰 내용은 인터넷에 필연적으로 수반되는 비신뢰성(예: 패킷 손실)과 랙을 어떻게 보완할지, 게임의 규모가 커지면 어떻게 대응해야 하는지, 그리고 게임의 보안을 강화하는 방법엔 무엇이 있는지 등이다. 12장과 13장에선 게임 서비스 플랫폼에 연동하는 방법과 전용 서버를 클라우드에 호스팅하는 법을 살펴본다. 이 두 가지 주제는 요즘 네트워크 게임에 있어 특히 중요성이 대두되고 있다.
이 책에선 이러한 주제에 대해 매우 실무적인 방향으로 접근하려 한다. 대부분 내용에서 개념을 다루는 데 그치지 않고 여러분이 직접 독자적인 네트워크 게임 코드를 구축할 수 있도록 실제 동작하는 코드를 제시할 것이다. 구현 예제는 두 가지 장르의 게임 하나씩으로 전체 소스 코드를 웹 사이트에서 다운로드 받을 수 있다. 첫째는 액션 게임이고 둘째는 실시간 전략 게임(RTS)이다. 진도가 나아감에 따라 이들 두 게임이 점점 개량되어 나가는 모습을 책에서 같이 확인할 수 있다.
이 책의 많은 부분은 서던캘리포니아대학교(University of Southern California)의 멀티플레이어 게임 프로그래밍 과정의 커리큘럼에 기초하고 있다. 따라서 멀티플레이어 게임을 개발하는 방법을 배우는 데 있어 어느 정도 검증된 내용이라 할 수 있다. 그렇다고 꼭 대학 교재 용도로 쓴 책은 아니며 네트워크 게임을 엔지니어링하는데 관심 있는 게임 프로그래머라면 누구에게나 가치 있는 내용이라 자부한다.

작가정보

저자(글) 조슈아 글레이저

저자 조슈아 글레이저(Joshua Glazer)는 네이키드 스카이 엔터테인먼트(Naked Sky Entertainment)의 공동 설립자이자 CTO로 《로보블리츠》, 《마이크로봇》, 《트위스터 매니아》 등 콘솔 및 PC 게임을 개발해 왔고, 최근에는 모바일 히트작 《맥스 액스》와 《스크랩 포스》를 개발했다. 네이키드 스카이 팀 리더로 에픽 게임스의 언리얼 엔진, 라이엇 게임즈의 《리그 오브 레전드》, THQ의 《디스트로이 올 휴먼즈》 시리즈 및 일렉트로닉 아츠, 미드웨이, 마이크로소프트, 파라마운트 픽쳐스 등 많은 외부 프로젝트의 컨설팅을 맡기도 하였다.
조슈아 글레이저는 또한, 서던캘리포니아대학의 시간 강사로 활동하면서 멀티플레이어 게임 프로그래밍과 게임 엔진 개발을 열성적으로 가르쳐 왔다.

저자(글) 산제이 마드하브

저자 산제이 마드하브(Sanjay Madhav)는 서던캘리포니아대학의 전임 강사로 여러 프로그래밍 과정 및 비디오 게임 프로그래밍 과정을 가르치고 있다. 주요 강의 내용은 학부생 수준 게임 프로그래밍으로, 2008년 이래로 이러한 과정을 강의하고 있다. 그뿐만 아니라 여러 다른 주제도 가르쳐 왔는
데, 게임 엔진, 자료 구조, 컴파일러 개발 등이 그것이다. 《Game Programming Algorithms and
Techniques(게임 프로그래밍 알고리즘과 테크닉)》의 저자이기도 하다.
산제이 마드하브는 서던캘리포니아대학에 부임하기 전 일렉트로닉 아츠, 네버소프트, 판데믹 스튜디오 등 여러 회사에서 비디오 게임을 개발하기도 하였다. 제작에 참여한 게임은 《메달 오브 아너: 퍼시픽 어썰트》, 《토니 호크 프로젝트 8》, 《반지의 제왕: 컨퀘스트》, 《사보타주》 등으로 네트워크 멀티플레이를 채택한 게임이 대부분이다.

번역 장준혁

역자 장준혁은 고려대학교 컴퓨터학과를 졸업한 후 2017년 현재 15년간 온라인, 콘솔, 모바일 게임의 클라이언트와 서버를 오가며 다양한 게임 프로젝트를 수행했다. 주로 엔진 커스터마이즈, 프레임워크 구축 등을 담당했으며 현재는 넥슨 코리아에 근무하면서 게임 개발 파이프라인 개선, 멀티플레이어 네트워킹, 전술 전략 AI 등을 주제로 흥미로운 도전을 이어가고 있다. 스팀 라이브러리에 쌓여만 가는 게임 목록을 보고 늘 한숨짓는 아빠 게이머이기도 하다.

작가의 말

네트워크 멀티플레이 게임은 오늘날 게임 산업에서 큰 축을 담당하고 있다. 게임을 즐기는 인구도 오가는 돈도 어마어마하다. 2014년 당시 매달 6천 7백만 플레이어가 《리그 오브 레전드》를 즐기고 있었으며 이 책을 쓰는 시점인 2015년 《DoTA 2》 월드 챔피언십의 상금은 도합 170억 원 규모에 달한다. 멀티플레이 모드 덕분에 대중적 인기를 누리는 《콜 오브 듀티》 시리즈의 경우 매번 출시하기가 무섭게 1조 원 이상의 매상을 올린다. 그간 싱글 플레이만 지원하던 《GTA(Grand Theft Auto)》 시리즈도 드디어 4편부터 네트워크 멀티플레이 요소가 탑재되었다.
이 책에선 네트워크 멀티플레이 게임을 프로그래밍하는 데 필요한 주요 요소를 심도 있게 다룬다. 우선 네트워크의 기초부터 시작해서 인터넷은 어떤 방식으로 동작하고 데이터를 다른 컴퓨터에 보낼 때 내부에서 어떤 일이 일어나는지 알아본다. 기초를 다지고 나면 게임 데이터를 전송하는 기본 방법을 살펴본다. 네트워크로 게임 데이터를 보내기 위해 준비해야 할 것, 네트워크를 통해 게임 객체를 업데이트하는 법, 게임 세션에 참여하는 컴퓨터들을 조직화하고 연결하는 법 등이다. 그다음으로 다룰 내용은 인터넷에 필연적으로 수반되는 비신뢰성(예: 패킷 손실)과 랙을 어떻게 보완할지, 게임의 규모가 커지면 어떻게 대응해야 하는지, 그리고 게임의 보안을 강화하는 방법엔 무엇이 있는지 등이다. 12장과 13장에선 게임 서비스 플랫폼에 연동하는 방법과 전용 서버를 클라우드에 호스팅하는 법을 살펴본다. 이 두 가지 주제는 요즘 네트워크 게임에 있어 특히 중요성이 대두되고 있다.
이 책에선 이러한 주제에 대해 매우 실무적인 방향으로 접근하려 한다. 대부분 내용에서 개념을 다루는 데 그치지 않고 여러분이 직접 독자적인 네트워크 게임 코드를 구축할 수 있도록 실제 동작하는 코드를 제시할 것이다. 구현 예제는 두 가지 장르의 게임 하나씩으로 전체 소스 코드를 웹 사이트에서 다운로드 받을 수 있다. 첫째는 액션 게임이고 둘째는 실시간 전략 게임(RTS)이다. 진도가 나아감에 따라 이들 두 게임이 점점 개량되어 나가는 모습을 책에서 같이 확인할 수 있다.
이 책의 많은 부분은 서던캘리포니아대학교(University of Southern California)의 멀티플레이어 게임 프로그래밍 과정의 커리큘럼에 기초하고 있다. 따라서 멀티플레이어 게임을 개발하는 방법을 배우는 데 있어 어느 정도 검증된 내용이라 할 수 있다. 그렇다고 꼭 대학 교재 용도로 쓴 책은 아니며 네트워크 게임을 엔지니어링하는데 관심 있는 게임 프로그래머라면 누구에게나 가치 있는 내용이라 자부한다.