透過網路工程師的角度，看遊戲設計的原則（上）

SEGA第三CS開發部的技術總監節政暁生さん，在今年的CEDEC上主講了一場「網路連線運作與遊戲設計」為題的研討會。以下分別是4Gamer跟GameWatch的專題報導連結。

本文是參考這兩篇報導，再加上一些簡單補充寫成的。

 研討會目的

解說製作連線遊戲時會受到的制約。
解說各種不同的遊戲連線運作方式。
思考在遊戲製作上必須考慮到哪些東西。
將這些技術應用於今後的遊戲上。（網路遊戲連線的技術早在2000年左右就已經成熟了）

 避不掉的LAG問題

連線遊戲的最大敵人莫過於Lag。

Lag的狀況分為以下三種：
◎ 延遲（速度太慢）：會讓畫面停頓一段時間。
◎ 頻寬不足：玩家所下達的指令送不出去。
◎ 封包遺失：造成不同步甚至斷線。

 連線遊戲的網路通訊協定

不同的網路連線方式（此連線方式被稱為「通信協定」），也會需要面對不同的連線問題。因此不同類型的連線遊戲，很可能會採取不同的連線方式 。

◎ UDP（User datagram protocol）：
運作模式是「射後不理」。把想送出的資料寫上收件人的名字以後，丟進茫茫網海之中，就再也不管了。處理速度較快，也省頻寬，但會有收件人收不到資料的危險性。

◎ TCP（Transmission control protocol）：
運作模式是「一往一復」。傳送資料後，收信方會給發信方一個回應(ack)；所以當封包漏送時，發信方也能重新再送一次。處理速度慢，因此在某些特別要求速度的狀況下會遇到瓶頸。（如格鬥遊戲）

◎ RUDP（Reliable UDP）：
兼具兩者優點的折衷型。速度快，而且沒有漏失資料的危險。目前為止並不是個正式規格，因此也沒經過標準化。性能依規格不同而相異。實作上的應用方式，下面段落會再說明。

以下是一些特性的整理對照。

通訊方式	UDP	TCP	RUDP
封包遺失	可能	不會發生	不會發生
封包是否照順序	不一定	是	視規格而定
Header資料大小	小 (28bytes)	大 (40bytes)	視規格而定
處理速度	快	慢	快
NAT問題	容易發生	不易發生	容易發生

◎ Header：
資料封包的開頭部分，記載了整個封包的相關資訊（包含資料長度、IP等）。
不管封包大小如何改變，只要通訊協定相同，Header大小就是固定的。

◎ NAT（Network address translation）問題：
會造成資料無法送達目的。

 格鬥遊戲的連線運作方式：

 完全即時同步，透過玩家按鈕資料來同步

格鬥遊戲因為擁有最高等級的動作性，因此連線的同步要求也格外嚴格。
以Virtua Fighter 5（60FPS，每秒60張動畫）的網路對戰為例，是以「雙方螢幕完全同步顯示」為前提製作的。

首先解釋一下VF5的連線同步概念：
◎ 使用UDP通訊協定傳送資料。（用UDP速度較快）
　－－傳送「搖桿跟按鍵的輸入內容」給對方，再用此資料來進行同步。
◎ 每次都會傳送最新10筆「按鍵輸入」的資料。（也就是說，每筆會被傳送10次）
　－－將「按鍵輸入」資料被「UDP通訊協定」搞丟的機率降到最低。

除此之外，還有一道最後防線，以防UDP真的連續搞丟10個封包：
◎ 每秒會用RUDP進行一次同步。（RUDP是不會搞丟封包的）
　－－送出這一秒內的所有按鍵輸入內容，補齊所有缺漏的「按鍵輸入」資料。

接著說明RUDP的實作概念。
若想要確保封包不會遺失，關鍵在於發信方必須知道「封包是否有被收到」。

在TCP通訊協定中，受信方在收到封包後，會回傳收信回應（Ack），告知「封包收到了」。發信方在送出資料一段時間之後，如果還沒有收到回應，就會再傳一次資料－－直到資料收到為止。

VF5的RUDP則是利用以下的方式，達到收信回應（Ack）的效果。

◎ 將每筆資料封包都標上一個流水號，這個數字代表了時間順序。
　－－如此一來，受信方就知道「哪些封包收到了」以及「幾號封包還沒有收到」。

而受信方知道了之後要如何通知發信方呢？「下一次傳送資料」的時候，就是最好時機。
◎ 每筆資料封包中，額外夾帶另一個「收信回應」號碼。
　－－這個數字則是代表「這個編號之前的所有封包，我都已經收到了」。

如此一來，就能重新傳送沒被收到的封包，而不會漏掉任何一個封包了。
（順便一提，這兩個流水號碼就是記錄在Header裡面）

 即時戰略的連線運作方式：

 完全即時同步，透過傳送指令資料來同步

即時戰略與格鬥遊戲相同，都需要做到「完全即時同步」。

其中略有不同的是，用來同步的資料內容－－由於遊戲性質的差異，即時戰略必須更進一步，將原始的操作輸入濃縮成一個個的「指令」。

以星海爭霸舉例，傳送的資料大概可以看成這樣：

傳送這樣的指令，除了資料量非常少之外，頻率也不需要太高。即使是每分鐘可以下達200、300個指令的職業級玩家，也不需要頻繁地傳送資料。（因為一個封包可以容納許多指令）

除此之外，為了減低傳送的頻率，但又不想讓玩家感受到延遲；有些遊戲甚至在單機模式裡，也偷偷加入指令延遲時間，好讓玩家能在連線時完全感受不到差異性。

（待續）