カードゲーム対戦サーバ構築への道 2 -Node.jsでP2Pの再現実験-

2024年12月28日

前回は準備ないし確認のような回でしたが、今回はP2Pサーバ構築に向けて本格的に作業を行います。

何故P2P技術を扱うか？

本プロジェクトの目標は対戦型カードゲームがいつでもどこでもできるようにすることです。

最近流行りのPokémon Trading Card Game Pocketやゴッドフィールドのようなゲーム環境を整えると言えばイメージが掴みやすいかと思います。

ここで問題になるのがサーバへの負荷です。

単純にサーバが全てのプレイヤーと繋がっている場合、サーバの負荷がプレイヤー数に比例して(もしくは指数関数的に)大きくなります。

この影響を少しでも軽減しようと考えた場合に考えつくのが、サーバを経由しないP2P形式です。

P2P形式でクライアント同士が接続すれば、サーバが対戦の橋渡しをする必要はなくなり、負荷も軽減します。

しかし、P2Pのサーバにもデメリットはあります。通信相手が増えると今度は"クライアントの負荷"が爆増します。当たり前ですがP2Pはクライアントがサーバの代わりに通信を担います。

例を挙げると、MinecraftなどMMO形式のゲームにはP2Pは向かないということです。(Minecraftの場合ワールドを保存する場所が必須な上、頻繁に更新されるという問題がある)

ただ、私が今作ろうとしているのは「カードゲーム」です。対戦は1対1で行われます。つまり、クライアントとしての通信負荷はサーバを相手している時と大して変わりません。

なので、P2Pに最適な環境であると言っても過言では無いでしょう。

P2Pの前提

P2Pと言っても「サーバが無い」状態を作ることはできません。マッチングサーバが必要です。

例えば同じゲームで対戦する際、どこかで相手に会って同意を取り、お互いのアドレスを交換しなければ、"そもそも何処と通信すれば良いか分からない"からです。

通常、ルータないしアクセスポイントを経由してインターネットに接続するクライアントはNAT(Network Address Translation)という機能により、窓口となるipアドレスがルータ(デフォルトゲートウェイ)のものに変更されています。

つまり、同じアクセスポイントに接続した2つのPCは外から見ると同じipアドレスに見えるということです。

これでは、この2台を繋げる事ができません。

この為、P2Pには往々にしてNAT越え(NAT Traversal)という技術が必要になります。

これを実現する方法がSTUN (Session Traversal Utilities for NATs)やTURN(Traversal Using Relays around NAT)といった技術です。

STUN

STUNは、外から見た自分のipアドレスを知るために利用します。

これにより、クライアントがNAT越えを必要とするネットワークに居るか否かを判別することができます。

STUNが返すipアドレスが自分自身に割り当てられたipアドレスと異なる場合は、NATが噛んでいるということになります。[1]

Node.jsによるP2Pビデオアプリを再現する(環境の確認)

WebサイトでP2P通信を行うため、Googleが開発を牽引しているWebRTCの仕組みを扱います。

WebRTCとは、Web Real-Time Communicationsの略称であり、リアルタイム通信を提供するオープンソースのプロジェクトです。[3]

WebRTCをNode.jsから利用し、P2P通信の実験をします。

今回は、Turtle-child-No2様の記事内容からビデオ通話アプリを再現しました。[4]

signalingサーバをNode.jsで立て、クライアントをnginxから立ち上げます。

Node.jsとnginxをつなぐ方法は前回と同様です。

再現内容は当該記事[4]のほぼコピペなので、変更した箇所以外の記載は省きます。

以下はNode.js側のsignaling.jsの変更箇所です。


'use strict';

var port = XXXX(ポート番号);

var fs = require('fs');
var app = require('express')();
var https = require('https');
const socketIO = require('socket.io');

const options = {
    key: fs.readFileSync('鍵のファイルパス'),
    cert: fs.readFileSync('鍵のファイルパス')
}

const server = https.createServer(options, app);
// nginxとNode.jsを接続する 詳しくは前回の記事へ
const socketOptions = {
  cors: {
    origin: ["https://flying-object-works.com","https://flying-object-works.com:XXXX(ポート番号)","http://flying-object-works.com", "http://flying-object-works.com:XXXX(ポート番号)"],
    credentials: true
  }
};

const io = socketIO(server, socketOptions);

server.listen(port, () => {
  console.log(`Server running on port ${port}`);
});

/* 以下参考記事よりコピペなので記載なし */

変更したのは、Socket.IOのメソッドが一部利用できなくなっている[5][6]箇所です。

実験時の構築の概略図はこのようになっています。