사전 지식 #

C++ 기초
언리얼 기초
- 게임 프레임워크
- AActor와 UObject에 대한 이해
- 지정자
  - UPROPERTY 같은 매크로의 용도
TCP, UDP

언리얼 엔진은 멀티플레이를 상정하여 만들어졌기 때문에 싱글 게임을 만들더라도
엔진코드 동작 방식 분석을 위해서는 언리얼 네트워크에 대한 이해가 필수적이다.

언리얼 네트워크: 배경 #

네트워크 게임의 추상화 #

멀티 게임에 필요한 공통요소

세상과 개인
- 현실의 개인은 세상의 일부
  - 개인이 세상을 임의로 조작 불가
- 서버-클라이언트 모델은 서버에서 세상, 클라이언트에서 개인을 담당
  - 언리얼은 P2P 미 지원
    - 속도, 확장성, 안정성 등
주체에 따른 권한 분리
- 달려오는 사람을 보고 피할 수는 있음
- 타인이 달리는 방향을 바꾸는 건 안됨
동기화된 세상
- 각 개인은 같은 세상을 기반으로 활동
  - 다르게 받아들여도 원본은 동일 (색맹, 청력 등)

Game Framework 적용 #

* 세상(Game), 개인(Player) 분리
* 접근 권한 분리 (r/w, get/set 등)
* 동일한 세상(Level) 공유

	Public-role	Private-role	Medium-role
Game	GameState	GameMode	Level
Player	PlayerState	PlayerController	Pawn

AGameModeBase
- Game의 규칙
  - 승리 조건, 기본 클래스, 득점 조건, 생성/제거, 로그인 등
- Game의 Behavior (non-const, setter)
- 관리자만 접근
AGameStateBase
- Game의 상태
  - 팀별 점수, 게임 진행도, 남은 시간, PlayerState Array 등
- Game의 Readable Property (getter)
- 모두 접근
APlayerController
- Player의 Facade
  - Pawn Ownership, 입력 등
- Player의 인터페이스, Behavior (non-const, setter)
- 사용자만 접근
APlayerState
- Player의 상태
  - 플레이어 점수, 이름, 소지품 등
- Player의 Readable Property (getter)
- 모두 접근
ULevel, APawn
- Game과 Player의 접점
  - 캐릭터, 상호작용하는 Actor 등
- 동기화된 World의 변화를 Player의 시점에서 표시, 발생
- 모두 접근

권한에 따른 클래스 분리 -> 유효한 객체를 권한 소지자에게 배포
- GameMode : private Game -> 서버만
- GameState : public Game -> 서버와 모든 클라이언트
- PlayerController : private Player -> 서버와 개별 클라이언트
- PlayerState : public Player -> 서버와 모든 클라이언트

동일한 세상 공유 -> Replication

Replication #

서버의 원본을 클라이언트들에게 복제(Replicate)
- 클라이언트는 주장, 서버가 결정
- 클라이언트들은 같은 월드에 있다고 느낌
- AActor의 기능
  - AInfo가 존재하는 이유 중 하나

레플리케이션: 구조 #

Network Mode #

언리얼 인스턴스의 네트워크 역할

One Project, Multiple Modes
- 한 실행 프로그램에서 초대/참여 전환 가능
- UWorld::NetDriver 상태로 구분
ENetMode
- NM_Standalone
  - Authoritative , ~~호스팅~~ , 로컬플레이어
- NM_Client
  - ~~Authoritative~~ , ~~호스팅~~, 로컬플레이어 (프록시)
- NM_DedicatedServer
  - Authoritative , 호스팅 ,~~로컬플레이어~~
- NM_ListenServer
  - Authoritative , 호스팅 , 로컬플레이어

Role, RemoteRole #

액터의 네트워크 역할
    * AActor::Role        : UWorld 내의 액터의 역할
    * AActor::RemoteRole  : 네트워크 상에서 대응하는 액터의 역할

ENetRole
- ROLE_None
  - 네트워크로 연동되지 않음
- ROLE_Authority
  - 원본
  - 현재는 Server에만 존재
- ROLE_SimulatedProxy
  - 원본을 따라가는 복제품
    - 서버 값의 외삽을 통해 예측
- ROLE_AutonomousProxy
  - 원본을 따라가는 복제품
    - 서버 값의 외삽 + 로컬 입력을 통해 예측
  - 입력이 유효한 자신의 액터 외에는 Simulated Proxy로 대체됨 (후술: Ownership)

Ownership #

액터의 네트워크 권한 소유자에 대한 참조

PlayerController가 Owner이면 대응하는 플레이어의 소유
- 이에 빙의 된 Pawn의 Owner는 PlayerController = 플레이어의 소유
- 해당 Pawn이 Owner인 액터도 플레이어의 소유
- 소유된 액터의 Subobject도 플레이어의 소유
왜 필요한가?
- 누구에게 해당 액터를 변경, 실행 할 권한이 있는지 표기하기 위해 (후술: RPC)
- 갱신 여부에 참조하기 위해
  - Relevancy, Conditional Property Replication (후술)
- Owner가 아닌 클라이언트의 Autonomous Proxy를 Simulated Proxy로 대체하기 위해

레플리케이션: 방식 #

모든 레플리케이션은 AActor::bReplicates가 true이어야 실행

Property Replication #

서버의 변화를 주기적으로 배포하는 주요 수단

Needs
- UPROPERTY(Replicated) 혹은 UPROPERTY(ReplicatedUsing=OnRep_PropertyName) 지정자
  - ReplicatedUsing 사용 시 OnRep_PropertyName() 정의
- AActor::GetLifetimeReplicatedProps(...) 오버라이드
  - 안에 DOREPLIFETIME(ClassName, PropertyName); 혹은 파생형 (UnrealNetwork.h 참조)

class ENGINE_API AActor : public UObject
{
    UPROPERTY( Replicated ) // 실제로는 ReplicatedWith 사용 중
    AActor * Owner;

    UPROPERTY(EditDefaultsOnly, ReplicatedUsing=OnRep_ReplicatedMovement, Category=Replication, AdvancedDisplay)
    struct FRepMovement ReplicatedMovement;

    UFUNCTION()
    virtual void OnRep_ReplicatedMovement();
};

void AActor::GetLifetimeReplicatedProps( TArray< FLifetimeProperty > & OutLifetimeProps ) const
{
    DOREPLIFETIME( AActor, Owner );
    DOREPLIFETIME_CONDITION( AActor, ReplicatedMovement, COND_SimulatedOnly );
}

void AActor::PreReplication( IRepChangedPropertyTracker & ChangedPropertyTracker )
{
    DOREPLIFETIME_ACTIVE_OVERRIDE( AActor, ReplicatedMovement, bReplicateMovement );
}

void AActor::OnRep_ReplicatedMovement() { ... }

서버에서 클라이언트로
Reliable
- 값의 최종적인 변화는 보장하지만 모든 변화의 반영을 보장하지는 않음
  - 100 -> 200 -> 300 으로 값이 변환될 때 200이 생략될 수 있음
ReplicatedWith=OnRep_PropertyName 지정자를 사용한 경우 OnRep_PropertyName()가 레플리케이션 이후 실행됨

ELifetimeCondition
- COND_None
- COND_InitialOnly
- COND_OwnerOnly
- COND_SkipOwner
- COND_SimulatedOnly
- COND_AutonomousOnly
- COND_SimulatedOrPhysics
- COND_InitialOrOwner
- COND_Custom + SetCustonIsActiveOverride(...)
- …
DOREPLIFETIME_ACTIVE_OVERRIDE를 통해 더 가변적으로 갱신 가능
- 하지만 속도가 느려지며 특정 Condition에는 적용되지 않음

NetUpdateFrequency를 통해 레플리케이션 빈도를 조절할 수 있음
- Adaptive Network Update Frequency의 경우는 MinNetUpdateFrequency의 사이에서 가변적으로 갱신됨
UObject의 레퍼런스는 자동적으로 FNetworkGUID를 통해 레플리케이트 됨
- UObject::IsSupportedForNetworking()로 확인
  - 리플리케이트 중인 액터
  - 정적 명명 액터
  - 리플리케이트 중인 컴포넌트
  - 정적 명명 컴포넌트
  - Packaged UObject
- 정적 명명?
  - Packaged
  - 생성자로 추가
  - SetNetAddressable()로 추가
    - 서버와 클라이언트의 이름이 동일

Remote Procedure Call (RPC) #

특정 언리얼 인스턴스에만 변화를 주고자 할 때 사용

Needs
- UFUNCTION() + 지정자
  - 실행 머신 : Client, Server, NetMulticast
  - TCP : Reliable
  - 유효성 검사 : WithValidation
- ##_Implementation() 정의
- WithValidation 지정자 있을 시, ##_Validation() 정의

UFUNCTION(Client)
void ClientRPC();
UFUNCTION(Server, WithValidation)
void ServerRPC();
UFUNCTION(NetMulticast, Reliable)
void MulticastRPC();

void SomeActorClass::ClientRPC_Implementation() {}
void SomeActorClass::ServerRPC_Implementation() {}
bool SomeActorClass::ServerRPC_Validation() {return true;}
void SomeActorClass::MulticastRPC_Implementation() {}

서버에서 RPC를 호출 할 때 ##_Implementation()이 실행되는 인스턴스

액터 / RPC	none	`NetMulticast`	`Server`	`Client`
클라이언트 소유	서버에서	서버 & 모든 클라이언트에서	서버에서	소유 클라이언트에서
서버 소유	서버에서	서버 & 모든 클라이언트에서	서버에서	서버에서
미소유	서버에서	서버 & 모든 클라리언트에서	서버에서	서버에서

클라이언트에서 RPC를 호출 할 때 ##_Implementation()이 실행되는 인스턴스

액터 / RPC	none	`NetMulticast`	`Server`	`Client`
자신이 소유	자신에게서	자신에게서	서버에서	자신에게서
다른 클라이언트 소유	자신에게서	자신에게서	실행 안됨	자신에게서
서버 소유	자신에게서	자신에게서	실행 안됨	자신에게서
미소유	자신에게서	자신에게서	실행 안됨	자신에게서

NetMulticast RPC는 짧은 시간 내에 연속으로 사용해도 한 번만 호출
RPC 호출이 보장되기를 원한다면 Reliable 지정자를 넣는다
- RPC는 기본적으로 Unreliable
- Reliable RPC를 남용할 경우 연결 종료
WithValidation 지정자를 통해 유효성 검사
- ##_Validation()가 true를 리턴할 경우 ##_Implementation() 실행
- ##_Validation()가 false를 리턴할 경우 연결 종료
- Server RPC의 경우 필수

Component Replication #

레플리케이션 분리, 재귀적 레플리케이션

Needs
- UActorComponent::SetIsReplicated(true) 호출
- 이하 Property Replication과 유사
  - UPROPERTY(Replicated) 혹은 UPROPERTY(ReplicatedUsing=OnRep_PropertyName) 지정자
    - ReplicatedUsing 사용 시 OnRep_PropertyName() 정의
  - UActorComponent::GetLifetimeReplicatedProps(...) 오버라이드
    - 안에 DOREPLIFETIME(ClassName, PropertyName); 혹은 파생형 (UnrealNetwork.h 참조)
주 사용처
- 클라이언트에서 동적 컴포넌트 생성/제거
  - 정적 컴포넌트는 자동으로 생성/제거 됨 (Packaged)
- 타임라인
오버헤드 : 4 바이트 헤더, 1바이트 푸터

Subobject Replication #

virtual class FObjectReplicatorBase * InstantiateReplicatorForSubObject(UClass *SubobjClass);

virtual bool ReplicateSubobjects(class UActorChannel *Channel, class FOutBunch *Bunch, FReplicationFlags *RepFlags);

virtual void OnSubobjectCreatedFromReplication(UObject *NewSubobject);

레플리케이션: 최적화 #

Relevancy #

Ownership 여부 혹은 거리에 따른 액터 레플리케이션 생략/갱신 정책

AActor::IsNetRelevantFor() 를 동해 갱신 여부 결정
1. true : bIsAlwaysRelevant || Owned || Pawn || Pawn Instigatee
2. owner 따름 : bNetUseOwnerRelevancy && Owned
3. false : bOnlyRelevantToOwner && 1.에 해당 안됨
4. base 따름 : 다른 액터의 스켈레톤에 attach
5. false : bHidden && 루트 컴포넌트가 비접촉 (Ignore)
  - 루트 컴포넌트가 없을 경우 Warning
6. ture : 거리기반 relevancy (AGameNetworkManager) && net cull distance보다 가까움
- Pawn과 PlayerController는 다름 (override)
bStatic Actor도 갱신 가능
다음 경우에 대해 불안정
- 커다란 액터
- 배경음의 소리 차폐
- 하지만 대역폭 감소로 더 큰 오류 차단 가능, 트레이드오프

Priority #

한정된 대역폭 내 액터 레플리케이션 우선순위

NetPriority
기본값
- Actor = 1.0
- Matinee = 2.7
- Pawn = 3.0
- PlayerController = 3.0
AActor::GetNetPriority() = NetPriority * 갱신 후 대기 시간 (외 위치 및 거리 등)

Dormancy #

액터 레플리케이션 휴면 정책

ENetDormancy
- DORM_Never
- DORM_Awake
- DORM_DormantAll
- DORM_DormantPartial + GetNetDormancy()
- DORM_Initial

전반적 팁 #

필요 없는 bReplicates 꺼두기
NetUpdateFrequency 줄이기
Dormancy 사용하기
Relevancy 사용하기
NetClientTicksPerSecond 줄이기
양자화(Quantizing) 사용하기 (FVector_NetQuantize 등)
RPC 최소화 하기 : RepNotify로 바꾸기
- 클라이언트에서 안쓰는 Server RPC 없애기
- NetMulticast RPC 최소화 하기
- RPC 매개변수 FName 최소화 하기
- reliable RPC 연발하지 않기
서버 로직 수행할 때 ROLE_Authority인지 확인하기
소유 Pawn 로직 수행할 때 IsLocallyControlled()로 확인하기
- 생성자에서는 금지

언리얼 네트워크: 기타 #

Travelling #

레벨 전환 : 매끄럽지 않은 이동(non-seamless)과 매끄러운 이동(seamless)

이동(Travel) 방법
- UEngine::Browse
  - 연결된 클라이언트들을 끊고 완전히 새로운 맵으로 매끄럽지 않은 이동 (게임 리셋)
- UWorld::ServerTravel
  - 서버에서만 호출 가능
  - 서버와 클라이언트들을 새로운 맵으로 매끄러운 이동
- APlayerController::ClientTravel
  - 서버에서 호출 시 새로운 맵으로 매끄러운 이동
  - 클라이언트에서 호출 시 새로운 서버로 매끄럽지 않은 이동
매끄러운 이동(seamless travel) 세팅
- UGameMapsSettins::TransitionMap 지정
  - 없으면 빈 Map 생성
- AGameModeBase::bUseSeamlessTravel 참으로 바꾸기
흐름
1. Transition Level에 지속될 액터 표시
2. Transition Level로 이동
3. 최종 레벨에 지속될 액터 표시
4. 최종 레벨로 이동
기본적으로 유지되는 액터들
- GameMode (서버)
  - AGameModeBase::GetSeamlessTrabelActorList로 추가된 액터들
- PlayerState가 있는 Controller (서버)
- 모든 PlayerController (서버)
- 자신의 PlayerController (서버, 클라이언트)
  - 자신의 컨트롤러에서APlayerController::GetSeamlessTravelActorList로 추가된 액터들

`UNetDriver::ServerReplicateActors` #

##_PrepConnections(...)
##_BuildConsiderList(...)
- AActor::PreReplication()
for each connection
- ##_PrioritizeActors(...)
- ##_ProcessPrioritizedActors(...)
  - UActorChannel::ReplicateActor()

Details #

##_PrepConnections(...)
- 업데이트 해야 할 클라이언트 갯수 산정
- 0개일 경우, 이번 갱신은 생략
##_BuildConsiderList(...)
- 레플리케이션 대상 선정
  - bReplicates
  - DORM_Init 아님
  - NetUpdateFrequency 확인 (가변일 경우 OptimalNetUpdateDelta)
- AActor::CallPreReplication() 호출
- 제외된 네트워크 액터 제거
for each connection
- ConsiderList에 대해
  - Dormant 조건 체크
  - ##_PrioritizeActors(...) 호출
  - ##_ProcessPrioritizedActors(...) 호출
  - Relevant한데 Priority 밀린 액터는 다음 틱에 가산점 추가
  - 필요없는 Connection 제거
##_PrioritizeActors(...)
- 제외 : 채널 없음 && ( 레벨 로딩 안됨 || Not Relevant )
- 제외 : AActor::bOnlyRelevantToOwner && AActor::IsRelevancyOwnerFor()가 거짓
- 제외 : 액터가 Dormant
  - 필요 시 Dormant로 지정
- 제외되지 않은 액터들을 Priority로 내림차순 정렬 to OUT param
##_ProcessPrioritizedActors(...)
- 1초마다 AActor::IsNetRelevantFor() 체크
- 5초 이상 false일 경우, Channel 닫음
- true인데 Channel이 없을 경우 새로 열음
- 현재 Relevant 대상들에 대해
  - 1초 이하 존재했으면 다음 틱에 무조건 업데이트
  - 1초 이상 존재했으면 AActor::IsNetRelevantFor() 체크
- Relevant 액터들을 대역폭이 되는데까지 UActorChannel::ReplicateActor() 호출
UActorChannel::ReplicateActor()
- 채널이 열리고 첫 업데이트인 경우 Initialize
- Channel이 Owner에 해당하지 않는 경우 Autonomous 에서 Simulated로
- 바뀐 Property 레플리케이트
- 레플리케이트 중인 모든 컴포넌트의 바뀐 Property 레플리케이트
- 제거된 컴포넌트에 대해 제거 명령 발신

참조 #

Networking and Multiplayer | Unreal Engine Documentation
팀 스위니, (1999), 네트워크
- 번역

사전 지식 #

언리얼 네트워크: 배경 #

네트워크 게임의 추상화 #

Game Framework 적용 #

Replication #

레플리케이션: 구조 #

Network Mode #

Role, RemoteRole #

Ownership #

레플리케이션: 방식 #

Property Replication #

Remote Procedure Call (RPC) #

Component Replication #

Subobject Replication #

레플리케이션: 최적화 #

Relevancy #

Priority #

Dormancy #

전반적 팁 #

언리얼 네트워크: 기타 #

Travelling #

UNetDriver::ServerReplicateActors #

Details #

참조 #

`UNetDriver::ServerReplicateActors` #