第十三章 会话流程和信令通讯

本文介绍主要青龙流式系统的会话协议和流程

构建WebRTC需要的协议

1. ICE

ICE全称Interactive Connectivity Establishment ，是一种交互式连接框架，他允许两个设备进行p2p通讯。

在进行p2p通讯过程中，存在诸多问题，就比如两个客户端（下文均以A，B为代称）他们如何发现对方，通讯信息是否会被防火墙拦截等等问题。为了解决p2p通讯过程中存在的阻碍，ICE采用了STUN或者TURN服务解决这些问题，而STUN，TURN也就是我们接下来需要阐述的东西

2. STUN

STUN全称Session Traversal Utilities for NAT，是一种帮助客户端A，B相互定位到对方的协议，同时他也能够定位路由器中在信息转发过程中的阻碍因素。

在正常运行情况下，想要通讯的客户端会优先向在互联网上部署的STUN服务询问自己的地址，然后STUN会将客户端的公网IP + 端口返回给客户端，同时告诉客户端能否在路由器的NAT下被访问。

3. NAT

NAT全称 Network Address Translation，是一种IP映射技术，它能够将公网地址映射到局域网地址，这样只要有一个公网IP，就能够让所有NAT下的设备与互联网通讯

如下图所示，黄圈内为内网设备，拥有内网IP，红圈则为路由器，拥有公网IP。如果内网设备想要和公网通讯，则需要利用NAT技术实现端口映射。如192.168.1.100，将82端口和47.100.12.12的97端口映射。外网设备可以将数据发送给47.100.12.12:97，然后路由器在路由给192.168.1.100:82，实现内外网访问。

NAT技术在很大程度上缓解了公网IP数量不够的情况，但NAT在实际工作中依然存在一些问题。有的路由器对于连接互联网上的设备有着非常严格的限制，这意味着STUN找到公网IP，依然存在不能建立连接的可能，这就需要TURN服务解决STUN可能存在的无法实现p2p通讯的问题。

4. TURN

TURN全称Traversal Using Relays around NAT ，在客户端A，B之间无法通过STUN建立p2p连接时，可以采用 TURN中继服务器进行数据转发。虽然TURN能够很好的解决因路由器的限制导致的STUN服务建立P2P连接失败的问题，但TURN服务会给服务器本身增加压力。客户端的数据沟通所产生的带宽需要由TURN所在的服务器承担，这在一定程度上增加了服务器的压力。

5.SDP

SDP全称Session Description Protocol ，是一种用于描述媒体信息的协议，准确来说SDP是一种数据格式，规定了媒体通讯时应该以何种形式描述媒体信息。

一般来说，媒体信息包含 以下几部分

客户端都是用什么编解码器进行音视频编码解码

传输的协议是什么

音视频媒体是什么

用通俗的话来说，在建立P2P连接时，连接的客户端需要相互认识，既然需要认识对方，那就少不了自我介绍，而SDP就规定了双方该如何介绍。按照SDP规定的数据格式，双方很快就能知晓对方诸如对方是否支持我传递的数据(编解码器)等信息

SDP数据示例：

sdp=v=0
o=- 3348483619658186367 2 IN IP4 127.0.0.1
s=-
t=0 0
a=group:BUNDLE 0 1
a=extmap-allow-mixed
a=msid-semantic: WMS 5862ee9a-8b26-4657-ba5c-3bc69c3c7fff
...

WebRTC通讯过程

1. 大致流程

web RTC通讯可以分为两大模块

媒体协商

网络协商

每个客户端可能都有一种或者几种自己会的语言，为了让通讯双方的客户端能够正常进行音视频通话，需要找到一种双方都会的语言，这个过程就是媒体协商。通过SDP描述媒体信息，客户端双方通过交换SDP数据来进行媒体协商。

当媒体协商完成后，需要进行网络协商，实现P2P沟通。网络协商所作的事情就是让客户端能够发现对方，并进行直接通讯。为此客户端需要交换网络信息，这也被成为ICE candidate。

当完成上述两个步骤后，就能够实现通讯。

值得注意的是，不论是媒体协商还是网络协商，都涉及到信息的交换，比如SDP，ICE candidate。而独立的客户端本身是不具备交换信息的功能，因此需要中间服务实现信息的交换转发，这样的服务器通常被称为信令服务器（signaling service）或者信令通道（signal channel）。本文后续将使用WebSocket技术，用Java实现信令服务器。

2. 详细流程

整个WebRTC通讯流程如上如所示。

当用户A尝试着通过WebRTC调用另外一个用户的时候，会在本地产生一个特殊的描述信息——offer，offer这个描述信息我们sdp协议规定的数据格式描述。当用户A发送offer后，对端用户B接受并创建一个回应性质的描述信息——answer，answer同样也是用sdp数据描述，这整个过程就是媒体协商。

当媒体协商完成，双方交换完sdp后，需要网络协商。用户A会通过监听事件向STUN/TURN服务发送ICE Request，STUN/TURN服务接收到请求后会告诉客户端A他的网络信息——ICE candidate，然后客户端A需要通过信令服务器将自己的candidate信息转发给客户端B。客户端B按照同样的步骤，获取自己的candidate信息并转发给A进行相互协商。

当上述步骤都完成后，即可进行音视频通讯。