멀티플레이어 동기화 모델: Lockstep, Rollback, State Sync

 

1. 세 가지 모델의 구조

멀티플레이어 게임에서는 클라이언트와 서버 간 상태 동기화가 핵심 과제입니다. 플레이어들이 동일한 게임 환경을 경험하도록 만드는 방법에는 주로 Lockstep, Rollback, State Synchronization(State Sync) 세 가지 모델이 사용됩니다.

  1. Lockstep

    • 모든 플레이어의 입력을 서버가 수집한 후 동시에 처리하는 방식

    • 각 클라이언트는 동일한 게임 상태를 유지하며, 입력이 모두 도착해야 다음 프레임 진행

    • 장점: 정확한 동기화, 예측 불가한 불일치 없음

    • 단점: 지연(latency)에 민감, 네트워크 지연 시 전체 게임이 정지

  2. Rollback

    • 클라이언트가 즉시 입력을 처리하고, 나중에 서버 상태와 불일치가 발생하면 게임 상태를 되돌려 재시뮬레이션

    • 주로 격투 게임(e.g., Street Fighter, Guilty Gear)에서 사용

    • 장점: 입력 지연 최소화, 높은 반응성

    • 단점: 상태 롤백 구현 복잡, 예측 오류 발생 시 시각적 불연속

  3. State Synchronization (State Sync)

    • 서버가 주기적으로 게임 전체 상태를 클라이언트에 전송

    • 클라이언트는 수신한 상태로 보정(correction)하여 게임을 갱신

    • 장점: 구현 간단, 서버 중심 관리 가능

    • 단점: 빈번한 패킷 전송 필요, 대규모 환경에서는 네트워크 부하 발생

2. 지연 시간 대응 방식

멀티플레이어 게임에서 지연(latency) 문제는 플레이어 경험에 큰 영향을 줍니다. 각 모델은 이를 처리하는 방식이 다릅니다.

  1. Lockstep

    • 모든 입력이 수신될 때까지 프레임 진행을 보류

    • 네트워크 지연이 크면 게임 전체 지연 발생

  2. Rollback

    • 예측(predictive) 상태를 기반으로 즉시 입력 처리

    • 서버에서 불일치가 확인되면 과거 상태로 롤백 후 재시뮬레이션

    • 격투 게임과 같이 빠른 반응이 중요한 장르에 적합

  3. State Sync

    • 클라이언트 예측(Client-side prediction)을 통해 즉시 반응

    • 서버 업데이트 시 상태를 보정하여 불일치 수정

    • FPS, MMO 등 대규모 네트워크 환경에서 사용

3. 격투 게임 vs MMO 사례 비교

  1. 격투 게임 (Fighting Game)

    • 짧은 프레임 단위 반응이 중요, 동기화보다 반응성이 우선

    • Rollback 모델 사용: 입력 지연 최소화, 상대 행동 예측 기반

  2. MMO (Massively Multiplayer Online)

    • 다수 플레이어가 동시에 상호작용

    • Lockstep 모델은 비효율적

    • State Sync 모델 사용: 서버 중심으로 전체 상태 관리, 클라이언트 예측으로 반응 보완

4. 최적 모델 선택 기준

멀티플레이어 동기화 모델 선택은 게임 장르, 플레이어 수, 지연 허용 범위에 따라 결정됩니다.

기준LockstepRollbackState Sync
실시간 반응 필요성낮음높음중
플레이어 수소규모소규모대규모
네트워크 지연 민감도높음중중
구현 난이도중높음낮음
데이터 일관성매우 높음높음중

  • 격투/액션 게임: Rollback

  • 전략 게임: Lockstep

  • MMO/FPS: State Sync

결론

멀티플레이어 게임에서 동기화 모델은 게임 경험 품질과 직접 연결됩니다.

  • Lockstep: 정확한 동기화, 소규모 전략 게임에 적합

  • Rollback: 빠른 반응성, 격투 게임에 최적화

  • State Sync: 서버 중심 상태 관리, 대규모 MMO와 FPS에 적합

게임 개발자는 장르, 네트워크 환경, 플레이어 기대치를 고려하여 최적의 모델을 선택하고, 필요 시 혼합 접근으로 구현함으로써 지연 최소화와 게임 몰입도 유지를 동시에 달성해야 합니다.

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