[고가용성 게임서버 구축 방법] 고가용성 게임서버 구축 5

멀티플레이 게임 서버는 여러 플레이어가 동시에 접속하여 게임을 진행할 수 있도록 지원하는 서버로, 실시간 통신과 데이터 처리가 중요한 역할을 합니다. 게임 서버는 각 플레이어의 행동을 동기화하고, 게임 규칙을 적용하며, 데이터베이스와 통신하여 게임 데이터를 저장하고 불러오는 작업을 처리합니다. 이러한 서버는 다양한 기술적 요구 사항을 충족해야 하며, 다음과 같은 주요 목적과 구성 요소들로 이루어집니다.

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1. 멀티플레이 게임 서버의 주요 목적

(1) 실시간 통신 및 동기화

멀티플레이 게임에서 가장 중요한 요소는 실시간으로 여러 플레이어의 입력을 처리하고 이를 동기화하는 것입니다. 서버는 클라이언트로부터 전송된 데이터(플레이어의 위치, 동작 등)를 받아 다른 플레이어에게 전달하고, 전체 게임 상태를 유지 및 동기화해야 합니다.

(2) 게임 규칙 적용

서버는 게임의 규칙을 관리하며, 클라이언트로부터 받은 데이터를 검증하고 적절한 게임 규칙을 적용합니다. 예를 들어, 캐릭터의 이동 가능 범위, 충돌 여부, 공격 판정 등을 처리하여 모든 클라이언트에서 일관된 게임 상태를 유지하게 합니다.

(3) 보안 및 공정성 유지

멀티플레이 환경에서는 해킹이나 부정행위를 방지하는 것이 중요합니다. 서버는 클라이언트의 데이터를 신뢰하지 않고, 모든 중요한 게임 로직은 서버에서 처리하여 공정한 게임 환경을 보장합니다.

(4) 데이터 저장 및 관리

플레이어의 게임 상태나 진행 상황, 통계 데이터 등을 저장하고 관리해야 합니다. 이를 위해 데이터베이스나 외부 스토리지를 사용해 플레이어의 프로필, 스코어, 아이템 등을 저장하고, 필요할 때 이를 불러와 클라이언트에게 전달합니다.

(5) 확장성 및 안정성

대규모 멀티플레이어 게임에서는 동시에 수많은 사용자가 접속할 수 있기 때문에, 서버 확장성이 중요합니다. 서버는 부하가 증가해도 안정적으로 작동해야 하며, 필요에 따라 서버를 확장하거나 로드 밸런싱을 통해 부하를 분산시킬 수 있어야 합니다.

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2. 멀티플레이 게임 서버의 구성 요소

(1) 게임 서버 구조

멀티플레이 게임 서버는 여러 컴포넌트로 구성되며, 각 컴포넌트는 특정한 역할을 담당합니다.

① 로비 서버 (Lobby Server)

• 역할: 플레이어들이 게임에 접속하고, 다른 플레이어들과 매칭되며, 방을 생성하거나 참여할 수 있는 역할을 합니다.
• 기능: 매치메이킹, 채팅, 게임 방 리스트 제공, 친구 관리 등.

② 게임 서버 (Game Server)

• 역할: 실제 게임 로직을 처리하고, 플레이어들의 동작을 동기화합니다. 게임 서버는 보통 클라이언트의 모든 입력을 받아 이를 바탕으로 게임 상태를 업데이트하고, 각 클라이언트에게 현재 게임 상태를 전달합니다.
• 기능: 충돌 감지, 위치 동기화, 이벤트 처리(예: 공격, 아이템 사용), 게임 결과 계산.

③ 데이터베이스 서버 (Database Server)

• 역할: 플레이어의 프로필, 게임 기록, 아이템 정보 등을 저장하고 관리합니다.
• 기능: 사용자 인증, 게임 데이터 저장 및 불러오기, 순위 관리 등.

④ 매치메이킹 서버 (Matchmaking Server)

• 역할: 비슷한 실력이나 조건을 가진 플레이어들을 매칭하여 게임에 참여할 수 있도록 지원합니다.
• 기능: 플레이어의 실력 점수(ELO 등)를 계산하고, 적절한 상대방을 찾습니다. 매치가 완료되면 게임 서버에 연결하여 게임을 시작합니다.

⑤ 채팅 서버 (Chat Server)

• 역할: 플레이어들이 텍스트나 음성 채팅을 통해 서로 소통할 수 있도록 지원합니다.
• 기능: 게임 내 채팅, 친구 간의 채팅, 팀원 간의 음성 통화 등을 처리합니다.

(2) 서버 통신 프로토콜

멀티플레이 게임 서버는 클라이언트와 통신을 통해 데이터를 주고받습니다. 주로 사용되는 통신 프로토콜은 다음과 같습니다.

• TCP (Transmission Control Protocol): 신뢰성이 높은 연결 기반 프로토콜로, 데이터의 순서와 무결성을 보장합니다. 주로 턴제 게임이나, 정확한 데이터 전달이 중요한 경우 사용됩니다.
• UDP (User Datagram Protocol): 비연결형 프로토콜로, 빠른 전송 속도를 보장하지만 데이터 손실이 발생할 수 있습니다. FPS, MOBA, 레이싱 게임 등 실시간 성능이 중요한 게임에서 주로 사용됩니다.
• WebSocket: 클라이언트와 서버 간에 양방향 통신을 지원하며, 브라우저 기반 게임에서 많이 사용됩니다.

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3. 멀티플레이 게임 서버의 네트워크 모델

게임 서버는 네트워크 모델에 따라 클라이언트-서버 모델과 P2P (Peer-to-Peer) 모델로 나눌 수 있습니다. 각각의 모델은 성능, 확장성, 보안성 면에서 차이가 있습니다.

(1) 클라이언트-서버 모델

• 구성: 모든 클라이언트는 중앙 서버와 연결되어, 게임 관련 데이터를 송수신합니다.
• 장점: 서버가 모든 게임 로직을 처리하기 때문에 보안성이 높고 동기화가 쉬우며, 데이터 충돌 가능성이 적습니다.
• 단점: 서버에 부하가 집중되므로 확장성이 제한될 수 있으며, 서버가 다운되면 모든 플레이어가 영향을 받습니다.
• 예시: 대부분의 MMO 게임, FPS 게임은 클라이언트-서버 모델을 사용합니다.

(2) P2P 모델

• 구성: 클라이언트들 간에 직접 데이터를 주고받으며, 특정 클라이언트가 호스트 역할을 맡을 수도 있습니다.
• 장점: 서버 부담이 적어 비용이 줄어들고, 서버가 필요 없기 때문에 빠르게 게임을 시작할 수 있습니다.
• 단점: 한 클라이언트가 속도를 늦추면 전체 게임이 느려질 수 있으며, 보안과 부정행위에 취약합니다. 또한, 동기화 문제로 인해 데이터 충돌 가능성이 있습니다.
• 예시: 예전의 RTS(Real-Time Strategy) 게임들이 많이 사용했으며, 일부 캐주얼 게임에서도 사용됩니다.

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4. 멀티플레이 게임 서버의 확장성 및 부하 관리

멀티플레이 게임 서버는 동시 접속자가 많아질 경우, 확장성과 성능을 유지해야 합니다. 이를 위해 다음과 같은 기법이 사용됩니다.

(1) 수평 확장 (Horizontal Scaling)

• 서버의 부하가 증가하면 여러 대의 서버를 추가하여 부하를 분산시키는 방식입니다.
• 로드 밸런서를 사용하여 각 클라이언트의 요청을 여러 서버에 분배하고, 동시에 여러 게임 서버가 독립적으로 운영되도록 할 수 있습니다.

(2) 샤딩 (Sharding)

• 데이터베이스나 서버를 여러 개의 샤드로 나누어 처리 부하를 분산시킵니다.
• 예를 들어, 플레이어 데이터를 여러 데이터베이스로 나누거나, 지리적 위치에 따라 서버를 분할하는 방식입니다.
• MMORPG에서는 각 지역마다 독립적인 서버(샤드)를 운영하는 방식으로 사용됩니다.

(3) CDN (Content Delivery Network)

• 멀티플레이 게임에서 자주 사용되는 정적 콘텐츠(이미지, 사운드, 패치 파일 등)를 CDN을 통해 제공함으로써 서버 부하를 줄이고, 플레이어에게 빠르게 데이터를 전달할 수 있습니다.

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5. 멀티플레이 게임 서버의 보안 문제

멀티플레이 게임 서버는 해킹이나 부정 행위를 방지하기 위해 강력한 보안이 필요합니다.

(1) 패킷 변조 방지

• 클라이언트가 서버로 보내는 패킷을 변조하여 부정행위를 시도할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 SSL/TLS를 사용해 통신을 암호화하거나, 중요한 게임 로직을 서버에서 처리해야 합니다.

(2) 부정행위 탐지

• 서버는 클라이언트에서 발생하는 비정상적인 행동(예: 속도 해킹,
• 벽 뚫기)을 탐지하고, 이를 제재하는 안티치트 시스템을 운영합니다. 예를 들어, VAC(Valve Anti-Cheat)나 Battleye 같은 솔루션이 사용됩니다.

(3) DDoS 공격 방어

• 대규모 접속을 통한 서버 마비(DDoS 공격)를 방지하기 위해 네트워크 보안 장치와 방화벽, 트래픽 필터링이 필요합니다.

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6. 예시 코드: 간단한 멀티플레이 게임 서버 구현 (WebSocket 사용)

다음은 WebSocket을 사용한 간단한 실시간 멀티플레이 게임 서버의 예시입니다.

pip install websockets asyncio

import asyncio
import websockets
import json

connected_clients = set()

async def handle_client(websocket, path):
    # 클라이언트 연결
    connected_clients.add(websocket)
    try:
        async for message in websocket:
            data = json.loads(message)
            print(f"Received message: {data}")

            # 모든 클라이언트에 메시지 브로드캐스트
            for client in connected_clients:
                if client != websocket:
                    await client.send(json.dumps(data))
    finally:
        # 클라이언트 연결 해제
        connected_clients.remove(websocket)

start_server = websockets.serve(handle_client, "localhost", 8765)

asyncio.get_event_loop().run_until_complete(start_server)
asyncio.get_event_loop().run_forever()

• 설명: 이 코드는 간단한 WebSocket 서버를 구현하여, 연결된 클라이언트들 간에 실시간 메시지를 주고받을 수 있도록 합니다. 클라이언트는 서버에 연결된 다른 모든 클라이언트에게 자신의 메시지를 브로드캐스트합니다.

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결론

멀티플레이 게임 서버는 실시간 통신, 동기화, 게임 규칙 처리, 보안 등 다양한 기능을 수행하며, 안정적인 성능을 제공해야 합니다. 클라이언트-서버 구조를 사용해 중앙에서 모든 게임 로직을 관리하고, 확장성과 보안을 강화하여 대규모 접속 환경에서도 안정적으로 운영될 수 있도록 설계해야 합니다.