WebRTC：資料傳輸相關協議簡介

程式猿小卡發表於2019-07-17
Web協議

對網路協議來說，需要做的通常就兩件事情：1、建立連線，2、傳輸資料，WebRTC也不例外。

假設WebRTC應用的兩端已經建立了連線，那麼，剩下就是如何傳輸資料的問題了。

WebRTC同時支援傳輸音視訊資料、自定義應用資料。這其中，涉及多種協議，包括UDP、RTP/SRTP、RTCP/SRTCP、DTLS、SCTP。

這些協議名字比較相似，很容易讓人混淆，簡單總結下：

  1. 傳輸音視訊資料相關協議：UDP、DTLS、RTP/SRTCP；
  2. 傳輸自定義應用資料相關協議：UDP、DTLS、SCTP；

下面就簡單介紹下，這些協議是做什麼的，有什麼區別，存在什麼聯絡。

加密通道建立：UDP、DTLS

對WebRTC應用來說，不管是音視訊資料，還是自定義應用資料，都要求基於加密的通道進行傳輸。DTLS 有點類似 TLS，在UDP的基礎上，實現通道的加密。

DTLS的主要用途，就是讓通訊雙方協商金鑰，用來對資料進行加解密。

  1. 通訊雙方：通過DTLS握手，協商生成一對金鑰；
  2. 傳送方：對資料進行加密；
  3. 傳送方：通過UDP傳輸加密資料；
  4. 接收方：對加密資料進行解密；

音視訊資料傳輸：RTP/SRTP、RTCP/SRTCP

首先，我們先來看下RTP、RTCP的大概用途：

  1. RTP（Realtime Transport Protocol）：實時傳輸協議，主要用來傳輸對實時性要求比較高的資料，比如音視訊資料。
  2. RTCP（RTP Trasport Control Protocol）：RTP傳輸控制協議，跟RTP在同一份RFC中定義，主要用來監控資料傳輸的質量，並給予資料傳送方反饋。

也就是說：

  1. RTP用來傳輸音視訊資料；
  2. RTCP用來傳輸(質量)控制資料；比如監控傳輸的質量，並在會話雙方之間進行同步，方便WebRTC根據傳輸質量進行動態調整，比如傳輸的速率、視訊的位元速率等。

至於SRTP、SRTCP，分別在RTP、RTCP的基礎上加了個S(Secure)，表示安全的意思，這個就是DTLS做的事情了。

結合前面內容，總結一下音視訊資料的傳送過程：

  1. 通訊雙方：通過DTLS握手，協商生成一對金鑰；
  2. 資料傳送方：將音視訊資料封裝成RTP包，將控制資料封裝成RTCP包；
  3. 資料傳送方：利用加密金鑰，對RTP包、RTCP包進行加密，生成SRTP包、SRTCP包；
  4. 資料傳送方：通過UDP傳輸SRTP包、SRTCP包；

備註：SRTP/SRTCP包中，除了加密資料，還有其他資訊，這裡不展開細節。

自定義應用資料傳輸：SCTP

SCTP（Stream Control Transmission Protocol）：流控制傳輸協議。

之前介紹過，RTP/RTCP主要用來傳輸音視訊，是為了流媒體設計的。而對於自定義應用資料的傳輸，WebRTC中使用了SCTP協議。

同樣的，SCTP依賴DTLS建立的加密通道，對於自定義應用資料的傳送，流程如下：

  1. 通訊雙方：通過DTLS握手，協商生成一對金鑰；
  2. 資料傳送方：將自定義應用資料，通過金鑰進行加密，生成SCTP包；
  3. 資料傳送方：通過UDP傳輸SCTP包；

寫在後面

為了便於講解，跳過了很多協議的細節，有些地方可能會不夠嚴謹，感興趣的同學可以進行進一步研究，比如以下問題：

  1. 傳輸層用了UDP，UDP本身是不可靠的，那麼，音視訊資料、自定義使用者資料的時序、質量是如何保證的？
  2. RTP用來傳遞音視訊資料，為什麼還需要有RTCP？
  3. 為什麼說RTP不適合傳輸自定義使用者資料？
  4. SCTP如何從協議層面兼顧傳輸的效率和質量？如何實現自定義資料的高效傳遞？
  5. 其他

相關連結

RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications
https://tools.ietf.org/html/rfc3550

Stream Control Transmission Protocol
https://tools.ietf.org/html/rfc4960

Datagram Transport Layer Security
https://tools.ietf.org/html/rfc4347

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