Imprementation of realtime_networkgame
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2016.05.28 GameServerDevelopers リアルタイム通信ゲームの実装例
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- 2. 自己紹介 • 山藤 智之 • 株式会社Aiming所属 • 携わった作品 – Blade Chronicle – 剣と魔法のログレス（PC） – 剣と魔法のログレス いにしえの女神 • 猫大好き！猫アレルギー系エンジニア
- 4. 今日の内容 • オンラインゲームを作るのに必要になる 通信技術のお話 – 通信規格 – 通信内容 – 通信ライブラリ • RPC（Remote Procedure Call） • IDL （Interface Definition Language）
- 5. 通信規格 • UDP – 単方向通信 • 届いたか？までは責任持たない • 保証しようとするとTCPと同じ処理をアプリケー ション側で適切に実装しないといけない • TCP – 双方向通信 • 配送が順序通り届いた事を保証してくれる • UDPに比べて速度は遅い • UDPに比べて通信量は多い
- 6. 常時接続 / 非常時接続 • 非常時接続（単方向通信） • リクエストに対してリプライ • クライアントからの要求が必須
- 7. 常時接続 / 非常時接続 • 常時接続（双方向通信） • リクエストに対してリプライ • サーバ側からのプッシュが可能 • クライアントに要求できる
- 8. 通信内容 • キーフレーム形式 – フレーム毎のコントローラーからの入力を交換し 合う – 対戦格闘ゲームとかで有効 • メッセージ形式 – 手続き呼び出しをメッセージ化して、必要なパラ メータをやり取りする – MMOとかで有効 – 手続き毎にコードを記述するので大規模向き • ゲーム、プロジェクト規模に合わせて適切な 企画・形式を選ぶ
- 9. メッセージ / キーフレーム • 通信量の少なさ – キーフレーム ＞ メッセージ • 処理の簡単さ（高速） – キーフレーム ＞ メッセージ • 拡張の容易さ – メッセージ ＞ キーフレーム • 複雑なデータのやり取りのし易さ – メッセージ ＞ キーフレーム
- 10. 通信ライブラリ • 作った理由 – 社内共通ライブラリにしたかった • アプリケーションの移植性向上 – 当時はあまりちゃんとした物がなかった – 送信・受信時のメモリ管理をキチンとやりた かった – 自社製品のそれまでのノウハウを活かした かった
- 11. 通信ライブラリ • 要件 – とりあえずメッセージベースの物 – アプリケーションが変わっても、あまり変わ らないネットワーク処理部分を分離させた物 – クライアント端末が変わっても大丈夫な様に • PC • スマホ • 家庭用ゲーム機
- 12. 通信ライブラリ • 主にこの部分
- 13. 通信ライブラリ • 主にこの部分
- 14. 通信ライブラリ • 主にこの部分 Windows WinSock Linux Unix Socket Mac BSD Socket ソケットをラップした何か 通信関数 ゲームアプリケーション
- 15. 通信ライブラリ • 主にこの部分 Windows WinSock Linux Unix Socket Mac BSD Socket ソケットをラップした何か 通信関数 ゲームアプリケーション
- 16. 通信ライブラリ • メッセージ形式を利用したライブラリ – ソケット部分のコード • 幾つかのプラットフォームをサポート • 異なるプラットフォーム間での通信の提供 – RPC（Remote Procedure Call）の提供 • プログラム記述難易度の低減 • 通信プロトコルの隠蔽 – HTTP / ゲーム専用プロトコル – IDL（Interface Definition Language）の提 供
- 17. RPC (Remote Procedure Call) • プログラムから別のマシンで動いている サブルーチン（手続き）を呼び出す仕組 み • 通常はネットワーク越しに、通信対象の マシンで動作するプログラムの手続きを 呼び出す
- 18. RPC (Remote Procedure Call) Network.function_call(“デザイナー”); void function_call(std::string types) { printf(“%s募集中n” , types); }こんな感じに書くと コレが実行される
- 19. RPCを実現するために • RPCを実現する為に必要になりそうな情報 – どの関数を呼ぶ？ – 各関数に渡さないといけない引数リスト • 呼び出し順序の保障 • 適切な単位（メッセージ毎）の受信 – 引数が途中で途切れたりしない様に • バイトオーダーの吸収 – リトルエンディアン / ビッグエンディアン
- 20. リトルエンディアン 8bit 16bit • バイトオーダーに影響を受けない数値の 受け渡し方 ビッグエンディアン データの表現 0A 0B 0C 0D 0A0B 0C0D 0D 0C 0B 0A 0C0D 0A0B 8bit 16bit 整数値 ０ｘ0A0B0C0D
- 21. データの表現 • バイトオーダーが異なる２台で通信する と…？ 0D 0C 0B 0A 整数値 ０ｘ0A0B0C0D リトルエンディアン ８Bit リトルエンディアン １６Bit 0D0C 0B0A 整数値 ０ｘ0B0A0D0C メモリのイメージをそのまま移すと
- 22. データの表現 • バイトオーダーが異なる２台で通信する と…？ 0D 0C 0B 0A リトルエンディアン ８Bit リトルエンディアン １６Bit 0D0C 0B0A メモリのイメージをそのまま移すと 表現したい数値が変 わってしまう！！ 整数値 ０ｘ0A0B0C0D 整数値 ０ｘ0B0A0D0C
- 23. • バイトオーダーに影響を受けない数値の 受け渡し方 データの表現 0D 0C 0B 0A 送りたい数値 リトルエンディアン ８Bit リトルエンディアン １６Bit
- 24. • バイトオーダーに影響を受けない数値の 受け渡し方 データの表現 0A 0B 0C 0D 0D 0C 0B 0A 送りたい数値 ネットワーク経路上 一度整列 リトルエンディアン ８Bit リトルエンディアン １６Bit
- 25. • バイトオーダーに影響を受けない数値の 受け渡し方 データの表現 0A 0B 0C 0D 0D 0C 0B 0A 0C0D 0A0B 送りたい数値 受信側受け取り時 リトルエンディアン ８Bit リトルエンディアン １６Bit ネットワーク経路上 一度整列
- 26. • 数値をやり取りする際の容量軽減 – 小さい数値のやり取りが多い場合有効 整数値 ０ｘ00000A0B データの表現 0A 0B 00 00
- 27. 整数値 ０ｘ00000A0B • 数値をやり取りする際の容量軽減 – 小さい数値のやり取りが多い場合有効 データの表現 0A 0B 00 00 0000_0000 0000_0000 0000_1010 0000_1011
- 28. 整数値 ０ｘ00000A0B • 数値をやり取りする際の容量軽減 – 小さい数値のやり取りが多い場合有効 データの表現 0A 0B 00 00 0000_0000 0000_0000 0000_1010 0000_1011 011000_0101 後続するデータがあるので最上位は１
- 29. 整数値 ０ｘ00000A0B • 数値をやり取りする際の容量軽減 – 小さい数値のやり取りが多い場合有効 データの表現 0A 0B 00 00 0000_0000 0000_0000 0000_1010 0000_1011 0101100_00101000_0101 後続するデータがあるので最上位は１
- 30. 整数値 ０ｘ00000A0B • 数値をやり取りする際の容量軽減 – 小さい数値のやり取りが多い場合有効 データの表現 0A 0B 00 00 0000_0000 0000_0000 0000_1010 0000_1011 0100_00001100_0010 00001000_0101 後続するデータが無いので最上位は０
- 31. 整数値 ０ｘ00000A0B • 数値をやり取りする際の容量軽減 – 小さい数値のやり取りが多い場合有効 データの表現 0A 0B 00 00 0000_0000 0000_0000 0000_1010 0000_1011 0100_00001100_0010 0000_00001000_0101 0000_0---
- 32. 整数値 ０ｘ00000A0B • 数値をやり取りする際の容量軽減 – 小さい数値のやり取りが多い場合有効 データの表現 0A 0B 00 00 0000_0000 0000_0000 0000_1010 0000_1011 0000_00000100_00001100_0010 0000_00001000_0101 この２Byteは送らなくても良くなる
- 33. パケット構造 • RPCを実現する為に必要になる通信内容 – プロトコルバージョン番号 • エンコード、デコード形式 – 制御用カウンタ • 何回目の通信なのか？ – どの関数を呼ぶ？ • 関数番号（ID） – 関数に合わせた引数 • 関数毎に引数の数、型、長さが変わる – １手続きを実行するのに必要なデータ総容量 • 正しく受信するために必要
- 35. レイヤー構造による処理 • 送信 / 受信で処理する順にレイヤを構築 Compressor データの圧縮 SplitToContract メッセージ一つを処理 Packetize 送受信ヘッダー処理 送信 受信
- 45. 実装における問題点 • 通信内容を一つ追加する都度、追加・修 正しないといけないコード量が多い – 送信関数 – 受信関数 – 受信関数の呼び分け部分（Dispatcher) • これを簡易化する為に IDL（Interface Definition Language）を用意する
- 46. IDL • IDL（Interface Definition Language） – 通信に載るメッセージ（RPC）の内容定義を 抽象化した物 – マルチプラットフォーム向けに変数定義 （型）も抽象化する • この定義を元に、最低限必要になるコー ドを自動生成する仕組み • 定義ファイルとコードジェネレータ
- 47. IDL • 送信側 – 受信側が識別可能な一意なメッセージID – メッセージ毎のパラメータ格納 • 受信側 – どのメッセージを受信したのか？（適切な手 続きの呼び出し） – メッセージ毎のパラメータ展開 • 受信後の処理はアプリケーションレベル の実装
- 48. IDL サーバ用 受信 クライアント用 送信 メッセージ定義 --------------------- WANTED string Occupation --------------------- Generator
- 49. IDL メッセージ定義 --------------------- WANTED string Occupation --------------------- C++ C C++ C サーバ用 受信 クライアント用 送信 Generator
- 50. メッセージ定義 --------------------- WANTED string Occupation --------------------- Generator IDL C++ C C++ void send_WANTED(std::string Occupation); C void send_WANTED(char* Occupation); サーバ用 受信 void WANTED(char* Occupation); クライアント用 送信 void recv_WANTED(std::string Occupation);
- 51. IDL • ゲーム内の操作は、こんな感じでメッ セージ化されています。（MMOの場合） MessageID Message 概要 パラメータ １ CHAT_SEND チャットに発言 Msg：発言内容 ２ CHAR_MOVE 移動 X：X座標 Y：Y座標 ３ CHAT_SHOW 誰かがチャットした Who：誰が？ Msg：何て言った？ ４ ATTACK キャラクターが攻撃 Target；誰に攻撃する？ How：どうやって攻撃する？
- 52. IDL • 実際の例 <?xml version=“1.0” encoding=“utf-8” standalone=“yes” ?> <contract name=“GameMessage”> <party primary=“Client” secondary=“Server” /> <call name=“CHAT_SEND”> <parameter name=“Msg” type=“String” /> </call> <typedefine name=“id” type=“int” /> <receive name=“CHAT_SHOW”> <parameter name=“Who” type=“id” /> <parameter name=“Msg” type=“String” /> </receive> </contract>
- 53. <?xml version=“1.0” encoding=“utf-8” standalone=“yes” ?> <contract name=“GameMessage”> <party primary=“Client” secondary=“Server” /> <call name=“CHAT_SEND”> <parameter name=“Msg” type=“String” /> </call> <typedefine name=“id” type=“int” /> <receive name=“CHAT_SHOW”> <parameter name=“Who” type=“id” /> <parameter name=“Msg” type=“String” /> </receive> </contract> IDL • 実際の例このメッセージ群（通信定義）の名前
- 54. <?xml version=“1.0” encoding=“utf-8” standalone=“yes” ?> <contract name=“GameMessage”> <party primary=“Client” secondary=“Server” /> <call name=“CHAT_SEND”> <parameter name=“Msg” type=“String” /> </call> <typedefine name=“id” type=“int” /> <receive name=“CHAT_SHOW”> <parameter name=“Who” type=“id” /> <parameter name=“Msg” type=“String” /> </receive> </contract> IDL • 実際の例 以下に記すメッセージ定義の方向指定、 このファイルの場合 “Client to Server” このメッセージ群（通信定義）の名前
- 55. <?xml version=“1.0” encoding=“utf-8” standalone=“yes” ?> <contract name=“GameMessage”> <party primary=“Client” secondary=“Server” /> <call name=“CHAT_SEND”> <parameter name=“Msg” type=“String” /> </call> <typedefine name=“id” type=“int” /> <receive name=“CHAT_SHOW”> <parameter name=“Who” type=“id” /> <parameter name=“Msg” type=“String” /> </receive> </contract> IDL • 実際の例 以下に記すメッセージ定義の方向指定、こ のファイルの場合 “Client to Server” このメッセージ群（通信定義）の名前 call なので Client -> Server Server -> Client
- 56. • クライアント typedef id int; class GameMessageReceiver { public: void dispatch(network_data& data) { function_number = data.pop<int>(); switch (function_number) { case 789012: id Who = data.pop<id>(); std::string Msg = data.pop<std::string>(); CHAT_SHOW(Who, Msg); break; } } virtual void CHAT_SHOW(id Who, std::string Msg) = 0; }; IDL class GameMessageSender { public: void CHAT_SEND(std::string Msg) { push_args<int>(123456); // function number push_args<std::string>(Msg); } };
- 57. • サーバー <Client_RPC.h> typedef id int; class GameMessageReceiver { public: void dispatch(network_data& data) { function_number = data.pop<int>(); switch (function_number) { case 123456: std::string Msg = data.pop<std::string>(); CHAT_SEND(Msg); } } virtual void CHAT_SEND(std::string Msg) = 0; }; IDL class GameMessageSender { public: void CHAT_SHOW(id Who, std::string Msg) { push_args<int>(789012); // function number push_args<id>(Who); push_args<std::string>(Msg); } };
- 59. IDL GameMessageReceiver::CHAT_SEND(std::string) { GameMessageSender::CHAT_SHOW(user_id, string); }
- 60. IDL GameMessageReceiver::CHAT_SHOW(id Who, std::string) { std::string name = get_charname(Who); Display(“%s %s”, name, string); } エンジニア 募集中 エンジニア 募集中
- 61. まとめ • 通信方式（TCP/UDP/常時/非常時） • 通信内容（メッセージ/キーフレーム） • 通信ライブラリ – RPC • データの表現方法（バイトオーダー） • メッセージの表現（パケット構造） • メッセージを処理するレイヤー構造 – IDL • IDLの例
- 62. 御清聴ありがとうございました
- 63. 質疑応答