로블록스 커스텀 넷코드 아키텍처: 버퍼 비트패킹, 델타 스냅샷 압축 및 대규모 멀티플레이어 동기화

50인 이상 배틀로얄, 오픈월드 MMO, 전술 아레나 슈터 등 대규모 멀티플레이어 게임에서 로블록스의 기본 `RemoteEvent` 직렬화 방식은 심각한 대역폭 병목을 유발합니다. 압축되지 않은 테이블, 64비트 실수 좌표, 문자열 키 전송은 클라이언트 네트워크를 포화시키고 핑 급증과 패킷 손실을 초래합니다.

Luau 네이티브 `buffer` 라이브러리를 활용하면 고성능 커스텀 넷코드를 직접 구축할 수 있습니다. 3차원 좌표를 16비트 정수로 양자화(Quantization)하고, 8개의 상태 플래그를 1바이트 비트마스크로 압축하며, 변경된 상태만 전송하는 델타 스냅샷 방식을 도입하면 네트워크 데이터 전송량을 80~90% 절감하여 안정적인 60Hz 틱레이트를 유지할 수 있습니다.

1. 네트워크의 벽: 기본 RemoteEvent가 대규모 환경에서 질식하는 이유

표준 로블록스 네트워크 직렬화의 구조적 한계:

• 테이블 오버헤드와 직렬화 비대화: `{ x = 12.5, y = 4.2, hp = 100 }` 테이블을 전송할 때 키 이름, 데이터 타입 메타데이터, 64비트 부동소수점이 포함되어 엔티티당 50바이트 이상이 낭비됩니다.
• 고빈도 전송에 따른 대역폭 폭발: 50인 서버에서 초당 20회 위치 및 상태를 브로드캐스팅하면 클라이언트당 초당 250KB 이상의 데이터가 쏟아져 패킷 큐가 지연됩니다.
• 버퍼블로트(Bufferbloat)와 판정 랙: 쌓인 네트워크 패킷으로 인해 지연 시간이 인위적으로 늘어나며, 총격전 판정 불일치와 고무줄 현상(Rubberbanding)이 발생합니다.
• Luau Buffer의 혁신: `buffer.create()`를 사용해 원시 바이트 배열을 할당하면 직렬화 오버헤드 없이 바이트 스트림을 즉각 전송할 수 있습니다.

2. 좌표 양자화(Quantization)와 비트 단위 플래그 패킹

64비트 데이터를 극소 바이트로 압축하는 수학적 기법:

• 고정소수점 맵 좌표 양자화: 2048x2048 스터드 크기의 맵을 16비트 부호 없는 정수(uint16)로 변환하여 0.03스터드(약 1cm) 단위의 초정밀 압축을 달성합니다: `qX = math.floor((x / MAP_SIZE) * 65535)`.
• 피치 및 요 회전각 양자화: 0~360도의 3D 회전각을 단 1개의 8비트 바이트(uint8)로 압축하여 1.4도 단위 정밀도로 표현합니다: `qAngle = math.floor((angle / (2 * math.pi)) * 255)`.
• 8개 불리언 플래그 비트마스크: 달리기, 앉기, 조준, 재장전, 착지, 보호막, 기절, 사격 등 8개의 참/거짓 상태를 단 1바이트의 비트필드(Bitfield)로 병합합니다.
• 가변 바이트(VarInt) 인코딩: 작은 엔티티 ID나 탄약 수량 등 값의 크기에 따라 가변적으로 1~2바이트를 할당하여 대역폭 낭비를 차단합니다.

--!strict
local NetcodeCompressor = {}

local WORLD_BOUNDS = 2048
local MAX_UINT16 = 65535
local TWO_PI = math.pi * 2

-- 월드 Vector3 좌표를 6바이트(3개의 uint16)로 고정소수점 압축
function NetcodeCompressor.WritePosition(buf: buffer, offset: number, pos: Vector3): number
    local normX = math.clamp((pos.X + (WORLD_BOUNDS / 2)) / WORLD_BOUNDS, 0, 1)
    local normY = math.clamp((pos.Y + 500) / 2000, 0, 1)
    local normZ = math.clamp((pos.Z + (WORLD_BOUNDS / 2)) / WORLD_BOUNDS, 0, 1)
    
    buffer.writeu16(buf, offset, math.floor(normX * MAX_UINT16))
    buffer.writeu16(buf, offset + 2, math.floor(normY * MAX_UINT16))
    buffer.writeu16(buf, offset + 4, math.floor(normZ * MAX_UINT16))
    return offset + 6
end

-- 6바이트 버퍼를 정밀 Vector3 좌표로 복원(Dequantize)
function NetcodeCompressor.ReadPosition(buf: buffer, offset: number): (Vector3, number)
    local qX = buffer.readu16(buf, offset)
    local qY = buffer.readu16(buf, offset + 2)
    local qZ = buffer.readu16(buf, offset + 4)
    
    local x = (qX / MAX_UINT16) * WORLD_BOUNDS - (WORLD_BOUNDS / 2)
    local y = (qY / MAX_UINT16) * 2000 - 500
    local z = (qZ / MAX_UINT16) * WORLD_BOUNDS - (WORLD_BOUNDS / 2)
    
    return Vector3.new(x, y, z), offset + 6
end

-- 8개의 불리언 상태 플래그를 1바이트 비트마스크로 결합
function NetcodeCompressor.WriteFlags(buf: buffer, offset: number, flags: {boolean}): number
    local mask = 0
    for i = 1, 8 do
        if flags[i] then
            mask = bit32.bor(mask, bit32.lshift(1, i - 1))
        end
    end
    buffer.writeu8(buf, offset, mask)
    return offset + 1
end

return NetcodeCompressor

3. 델타 스냅샷(Delta Snapshot)과 더티 비트 추적

이전 틱 대비 변경된 속성만 선별 전송하는 고효율 동기화:

• 키프레임 vs 델타 스냅샷: 2초에 1회 전체 상태(Keyframe)를 전송하여 누락 패킷을 복구하고, 그 사이 프레임은 오직 변경 사항(Delta)만 전송합니다.
• 더티 비트마스크 헤더(Dirty Bitmask): 엔티티 데이터 선두에 1바이트 플래그를 붙여 위치 변경(Bit 0), 회전 변경(Bit 1), 체력 변경(Bit 2) 여부를 클라이언트에 알립니다.
• 클라이언트 링 버퍼 보간(Hermite Spline): 클라이언트는 최근 수신된 스냅샷 64개를 링 버퍼에 보관하고, 틱 `T-1`과 틱 `T` 사이를 부드러운 스플라인 곡선으로 지연 보간합니다.
• 정지 객체 패킷 제외(Stationary Culling): 정지해 있거나 이동하지 않은 엔티티는 패킷에서 완전히 제외하여 유휴 상태 네트워크 부하를 0으로 만듭니다.

4. 네트워크 관심도 관리(Interest Management)와 동적 주파수

플레이어와의 거리 및 시야각에 따른 적응형 대역폭 분배:

• 공간 그리드 분할(Grid Bucketing): 월드를 128x128 스터드 단위의 공간 셀로 분할하여 플레이어가 위치한 인접 셀의 엔티티만 고주파로 전송합니다.
• 거리 기반 주파수 LOD: 50스터드 이내는 30Hz, 50~200스터드는 10Hz, 200스터드 이상은 3Hz로 갱신 주기를 차등 적용하고 클라이언트에서 외삽(Extrapolation)합니다.
• 시야각 절두체 컬링(Frustum Culling): 150스터드 밖의 카메라 시야 뒤쪽에 있는 대상은 전송 우선순위를 최하위로 강등합니다.
• UnreliableRemoteEvent 활용: 패킷 유실이 발생해도 전체 흐름에 지장이 없는 위치 갱신은 비신뢰성 리모트를 사용하여 TCP 스타일의 헤드오브라인 블로킹을 방지합니다.

5. 상용 프로덕션 엔터프라이즈 넷코드 체크리스트

무결점 로블록스 멀티플레이어 환경을 위한 핵심 엔지니어링 지침:

• 버퍼 재사용 풀(Buffer Pooling): 프레임마다 버퍼를 새로 생성하지 않고 사전 할당된 버퍼를 재사용하여 루아 가비지 컬렉터의 멈춤 현상(GC Spike)을 방지합니다.
• 패킷 스키마 버전 명시: 패킷의 첫 바이트에 스키마 버전을 기록하여 배포 중 버전 불일치 패킷을 안전하게 격리합니다.
• 범위 검증 및 위변조 방지: 클라이언트가 수신한 양자화 값을 복원할 때 월드 경계값 초과 여부를 철저히 검증하여 좌표 텔레포트 핵을 차단합니다.
• 프로파일링 모니터링: `Stats.Network`를 통해 1인당 인바운드 수신 대역폭을 35 KB/s 이하로 유지하도록 지속적으로 튜닝합니다.

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