基礎のUDPとTCPから話をしよう

• UDPとは、User Data Protocolの略語で、高速通信を重視する通信プロトコルである。
  UDPはコネクションレス型通信プロトコル（事前のやり取りなしで通信を開始させる）として、動画配信、音声通話、モニター監視などのリアルタイム的な分野で活用される。

• TCPとは、Transmission Control Protocolの略語で、高い信頼性で安定した通信を重視する通信プロトコル。
  TCPはコネクション型通信プロトコル（事前のやり取りを確認した上で通信を開始させる）として、ウェブサイト閲覧、ファイル転送などのデータ完全性が求められるアプリケーションで実用される。

RUDPとは？UDPの進化？

RUDPとは「ReliableUDP(User Datagram Protocol)」の略で、リアルタイム通信に用いられる通信プロトコルの１つです。UDPのような高速通信を重視する特徴を持ちながら、メッセージ再送による高品質・信頼性の確保を実現できます。

上記の図を示すように、RUDPの場合ではシーケンス番号の順に追ってパケットロスを確認し、データパケットを再送することがあります。

RUDPの特徴

パケットの到達順序：ゲームの進行状況を守る
パケットロスが発生する際に、対象パケットが受信されるまで次のパケットを処理しない。

大容量データの分割・整合：マルチプレイヤーオンラインゲームのの最適化
分割されたパケットは１つでも失われたらまるごと使えなくなる可能性が高い。RUDPによるパケットの分割・結合は情報の信頼性を確保できる。

セキュリテイ強化：チート対策
サイバー攻撃や悪意ある行為を防ぐために、一定の通信間隔が設定されます。頻繁な再送信を避け、複数回の受送信失敗を「通信中止」と見なす。

UDP、RUDP、TCPをもとに開発されたオンラインゲームはまた様々な通信方式を利用しています。その中にP2P型とクライアント・サーバー型は主流。

様々な通信方式

P2P型

P2PとはPeer to Peerの略で、「サーバー経由」を飛ばしてクライアントとサーバの一体化を実現した通信方式です。ゲームに参加した全てのプレイヤーは互いに通信を行うと同時に情報交換をします。それによって、相互通信チャンネルが成り立つわけです。

クライアント・サーバ型

クライアント・サーバ型通信とは、全てにサーバを介して通信を行うということです。利用者が操作する「クライアント（パソコン、スマホなど）」をインターネットに結び、クライアントからの要求にリアルタイムサーバが応答する形で処理を進める方式です。この場合、遠距離通信による高い遅延（タイムラグ）が現れます。

P2Pとクライアント・サーバの違い（メリット・デメリット）

オンラインゲームにおいて、一見してプレイヤーは１体のキャラクターしかコントロールしていないのですが、実際に参加者が増えるほどリアルタイム通信は複雑になります。

例えば、下記の図を示すように、1v1対戦ゲームの中では自分のキャラクターを操縦するだけでなく、相手のキャラクターへのダメージや影響を正しく反映させなければなりません。そうなると、端末ごとに２体のキャラクターが存在し、システム全体にはキャラクターが４体存在することになります。

４体ならまだしも、対戦ゲームに参加した人数が増えればそれなりにサーバーの処理負荷は重くなります。そのため、リアルタイムサーバのような低遅延・高頻度・高速通信を実現できる構成が求められます。ひいては、サーバ経由を捨て、P2Pのようなクライアントとサーバの一体化を生み出しました。

多人数、リアルタイムを特徴づけられるマルチプレイヤーのオンラインゲームから見ると、P2Pとクライアント・サーバ型の違いをいくつかにまとめます。

P2Pのメリット

• 一体化による低遅延（低いレイテンシ）

• 少人数（要素が少ない）はシステムに優しい

• サーバー経由なしで、コスト削減につなぐ

クライアント・サーバ型のメリット

• 参加者が増えてもシステム通信はシンプルでいける

• サーバーに繋がることでプレイーできる

• 相互通信（対戦）を制御できる

• 強いセキュリティ（チート）対策

P2Pにおける合意問題

合意問題とは各端末に存在したある変数の値を統一する問題です。ゲームの中ではボスを倒した後に宝箱やアイテムが１つや２つ出てくるでしょ。それを参加者の誰かに渡すのかについては合意で決められます、いわゆる多数決で。

各Peerはある変数をYと設定しておいて、自分の変数値を代入します。そして自分の変数値を全てのPeerに送信します。

他のPeerから受信した変数値を記録した後に多数決を行います。多数決で決めた変数値を全てのPeerに共有して統一させます。