【WebRTC】WebRTC介绍及简单应用
WebRTC,即Web Real-Time Communication,web实时通信技术。简单地说就是在web浏览器里面引入实时通信,包括音视频通话等。
- WebRTC实时通信技术介绍
- 如何使用
- 媒体介绍
- 信令
- STUN和TURN介绍
- 对等连接和提议/应答协商
- 数据通道
- NAT和防火墙穿透
- 简单应用
- 其它
WebRTC实时通信技术介绍
WebRTC实现了基于网页的语音对话或视频通话,目的是无插件实现web端的实时通信的能力。
WebRTC提供了视频会议的核心技术,包括音视频的采集、编解码、网络传输、展示等功能,并且还支持跨平台,包括linux、windows、mac、android等。
1. WebRTC三角形
2. WebRTC梯形
3. WebRTC的多方会话
WebRTC支持多个浏览器参与的多方会话或会议会话,要建立这类会话有如下两种模式:
4. WebRTC新功能特性
如何使用WebRTC
WebRTC易于使用,只需极少步骤便可建立媒体会话。有些消息在浏览器和服务器之间流动,有些则直接在两个浏览器(成为对等端)之间流动。
1、建立WebRTC会话
建立WebRTC连接需要如下几个步骤:
- 获取本地媒体(
getUserMedia()
,MediaStream API)- 在浏览器和对等端(其它浏览器或终端)之间建立对等连接(RTCPeerConnection API)
- 将媒体和数据通道关联至该连接
- 交换会话描述(RTCSessionDescription)
- 浏览器M从Web服务器请求网页
- Web服务器向M返回带有WebRTC js的网页
- 浏览器L从Web服务器请求网页
- Web服务器向L返回带有WebRTC js的网页
- M决定与L通信,通过M自身的js将M的会话描述对象(offer,提议)发送至Web服务器
- Web服务器将M的会话描述对象发送至L上的js
- L上的js将L的会话描述对象(answer,应答)发送至Web服务器
- Web服务器转发应答至M上的js
- M和L开始交互,确定访问对方的最佳方式
- 完成后,M和L开始协商通信密钥
- M和L开始交换语音、视频或数据
WebRTC三角形会话具体的调用流程:
说明:
SDP对象的传输可能是一个来回反复的过程,并且该过程采用的协议并未标准化
WebRTC梯形会话方式具体的调用流程:
说明:
此场景中,浏览器M和L直接交换媒体,只是它们运行的Web服务器不用而已。每个浏览器的会话描述对象都会映射至Jingle[XEP-0166]session-initiate消息和session-accept方法。
媒体介绍
先来看下WebRTC中的本地媒体:
1、WebRTC中的媒体
- 轨道(MediaStreamTrack,代表设备或录制内容可返回的单一类型的媒体,唯一关联一个“源”,WebRTC不能直接访问或控制“源”,对“源”的一切控制都通过轨道实施;一个“源”可能对应多个轨道对象)
- 流(MediaStream,轨道对象的集合)
轨道和流的示意如下:
2、捕获本地媒体
如下代码展示了本地媒体的简单获取,并展示:
// 注意getUserMedia()在各浏览器中的区别
// Opera --> getUserMedia
// Chrome --> webkitGetUserMedia
// Firefox --> mozGetUserMedia
navigator.getUserMedia = navigator.getUserMedia || navigator.webkitGetUserMedia || navigator.mozGetUserMedia;
// 只获取video:
var constraints = {audio: false, video: true};
var video = document.querySelector("video");
function successCallback(stream) {
// Note: make the returned stream available to console for inspection
window.stream = stream;
if (window.URL) {
// Chrome浏览器
video.srcObject = stream;
} else {
// Firefox和Opera: 可以直接把视频源设置为stream
video.src = stream;
}
// 播放
video.play();
}
function errorCallback(error){
console.log("navigator.getUserMedia error: ", error);
}
navigator.getUserMedia(constraints, successCallback, errorCallback);
运行效果如下:
完整代码查看:https://github.com/caiya/webrtc-demo.git
信令
在WebRTC中,信令起着举足轻重的作用。但实现没有标准化,比如http、websocket、xmpp等。
1、信令的作用
- 协商媒体功能和设置
- 标识和验证会话参与者的身份(交换SDP对象中的信息:媒体类型、编解码器、带宽等元数据)
- 控制媒体会话、指示进度、更改会话、终止会话
- 双占用分解
简单地说,信令就是协调通讯的过程,一旦信令服务建立好了,两个客户端之间建立了连接,理论上它们就可以进行点对点通讯了。
2、信令的传输
WebRTC要求在两个对等端建立双向的信令通道,通常有三种方式来传输WebRTC信令:http、websocket、数据通道
http方式如下:
websocket代理信令传输:
3、WebRTC中的服务器
WebRTC提供了浏览器端的P2P通信,但并不意味着WebRTC不需要服务器。撇开应用服务器不说,至少以下两种服务器是必须的:
- 浏览器之间建立通信前交换各种元数据(信令)的服务器(信令服务)
- 穿越NAT和防火墙的服务器(stun、turn、rsip等)
说明:
元数据是通过信令服务器中转发给另一个客户端,但是对于流媒体数据,一旦会话建立,首先尝试使用点对点连接。简单一点说就是:每个客户端都有一个唯一的地址,他能用来和其他客户端进行通讯和数据交换。
STUN服务器:用来取外网地址的。(见下节)
TURN服务器:在P2P失败时进行转发的。(见下节)
ICE:*Interactive Connectivity Establishment*,即交互式连通建立方式。并非一种新的协议,它通过综合利用现有NAT穿透协议,以一种更有效的方式来组织会话建立过程,使之在不增加任何延迟同时比STUN等单一协议更具有健壮性、灵活性。
4、信令交互和RTCPeerConnection的建立
WebRTC使用RTCPeerConnection建立连接传送流数据,在建立RTCPeerConnection实例之后,想要建立点对点的信道,需要做两件事:
- 确定本机上的媒体流的特性,比如分辨率、编解码能力啥的(SDP描述符)
- 连接两端的主机的网络地址(ICE Candidate)
通过offer和answer交换SDP描述符:
- 甲和乙各自建立一个PC实例
- 甲通过PC所提供的createOffer()方法建立一个包含甲的SDP描述符的offer信令
- 甲通过PC所提供的setLocalDescription()方法,将甲的SDP描述符交给甲的PC实例
- 甲将offer信令通过服务器发送给乙
- 乙将甲的offer信令中所包含的的SDP描述符提取出来,通过PC所提供的setRemoteDescription()方法交给乙的PC实例
- 乙通过PC所提供的createAnswer()方法建立一个包含乙的SDP描述符answer信令
- 乙通过PC所提供的setLocalDescription()方法,将乙的SDP描述符交给乙的PC实例
- 乙将answer信令通过服务器发送给甲
- 甲接收到乙的answer信令后,将其中乙的SDP描述符提取出来,调用setRemoteDescripttion()方法交给甲自己的PC实例
通过ICE框架建立NAT/防火墙穿越的连接:
WebRTC使用ICE框架来获得这个外界可以直接访问的地址,RTCPeerConnection在创立的时候可以将ICE服务器的地址传递进去,如:
var iceServer = {
"iceServers": [{
"url": "stun:stun.l.google.com:19302"
}]
};
var pc = new RTCPeerConnection(iceServer);
- 甲、乙各创建配置了ICE服务器的PC实例,并为其添加onicecandidate事件回调
- 当网络候选可用时,将会调用onicecandidate函数
- 在回调函数内部,甲或乙将网络候选的消息封装在ICE Candidate信令中,通过服务器中转,传递给对方
- 甲或乙接收到对方通过服务器中转所发送过来ICE Candidate信令时,将其解析并获得网络候选,将其通过PC实例的addIceCandidate()方法加入到PC实例中
这样连接就创立完成了,可以向RTCPeerConnection中通过addStream()加入流来传输媒体流数据。
STUN和TURN介绍
浏览器位于网络地址转换设备(NAT)之后是一种极为普遍的设计。举个栗子:
再来看个图,了解下“公共地址”和“私有地址”:
NAT主要负责维护内部ip地址和端口号与外部ip地址和端口号之间的映射表。
1、STUN服务器
STUN,Session Traversal Utilities for NAT,称为NAT会话遍历实用工具服务器。简单地说,就是获取内网设备的最外层NAT(公共ip地址)信息。
2、TURN服务器
TURN,Traversal Using Relay around NAT,称为中继型NAT遍历服务器。
说明:
媒体中继地址是一个公共地址,用于转发接收到的包,或者将收到的数据包转发给浏览器。如果两个对等端因为NAT类型等原因不能直接建立P2P连接的话,那么可以使用中继地址。
ps:相比较直接使用web服务器提供媒体中继理想点。
对等连接和提议/应答协商
上一节中有简单介绍对等连接和offer/answer交互流程,这节再说明下。
其实WebRTC定义了两组主要的功能,分别是:媒体捕获(getUserMedia(),前面已介绍)、媒体传输。对等连接和提议/应答协商的概念是媒体传输的核心。
1、对等连接
RTCPeerConnection接口是WebRTC的主要API,用来在P2P端建立媒体连接及数据连接路径。RTCPeerConnection对象的构造函数有一系列属性,最主要的是iceServers属性,表示服务器地址列表。用于帮助透过NAT和防火墙建立会话。
var pc = new RTCPeerConnection({
iceServers: [{
url: 'stun:stun.l.google.com:19302'
},{
url: 'turn:user@turn.myserver.com',
credential: 'test'
}]
})
getUserMedia({
audio: true,
video: true
}, successCB, failureCB)
function successCB(stream) {
// 告知浏览器,我要发送MediaStream
pc.addStream(stream) // removeStream()
}
2、提议/应答协商
要在二者之间建立连接,必须在二者之间建立会话。offer/answer是一种“一次性通过”型协商机制。实际中该过程可能会反复多次。
WebRTC使用RTCSessionDescription对象表示提议和应答。每个浏览器都将生成一个该对象。
3、JavaScript提议/应答协商控制
本地浏览器只关注两个特定的调用:
// 将我的会话描述告知我的浏览器
pc.setLocalDescription(mySessionDescription)
...
// 将对等端的会话描述告知我的浏览器
pc.setRemoteDescription(yourSessionDescription)
生成提议、应答:
// 生成提议
pc.createOffer(gotOffer, didntGetOffer)
function gotOffer(aSessionDescription) {
setLocalDescription(aSessionDescription)
...
// 现在可以将会话描述(提议offer)发送给对等端,以便对等端
// a)、将提议传递给setRemoteDescription
// b)、调用createAnswer
}
// 生成应答
pc.createAnswer(gotAnswer, didntGetAnswer)
function gotAnswer(aSessionDescription) {
setLocalDescription(aSessionDescription)
...
// 现在将会话描述(应答answer)发送给对等端,以便对等端
// a)、将应答传递给setRemoteDescription
}
4、测试demo说明
以下测试demo展示在两个浏览器中进行实时视频通话,源码地址:https://github.com/caiya/webrtc-p2p.git
数据通道
RTCDataChannel,数据通道是浏览器之间建立的非媒体的交互连接。即不传递媒体消息,绕过服务器直接传递数据。相比WebSocket、http消息,数据通道支持流量大、延迟低。
注意:
单个对等连接中的多个数据通道底层共享一个流,所以只需一次offer、answer即可建立首个数据通道。之后再建立数据通道无需再次进行offer、answer交换。
典型应用:游戏实时状态更新。
数据通道的使用
只有在创建完RTCPeerConnection实例之后才能创建数据通道,如下:
pc = new RTCPeerConnection()
dc = pc.createDataChannel('')
一端创建完数据通道后,另一端只需要监听ondatachannel事件即可:
pc = new RTCPeerConnection()
pc.ondatachannel = function(e) {
dc = e.channel
}
此时,两个对等端已经彼此建立数据通道,可以直接相互发送消息:
dc.send('i am a text string for sending')
dc.send(new Blob(['i am a blob object'], {type: 'text/plain'}))
dc.send(new arrayBuffer(32)) // 发送arrayBuffer
dc.onmessage = function(e) {
console.log('收到消息:', e.data)
}
加入数据通道后的测试demo
项目源代码地址:https://github.com/caiya/webrtc-p2p-datachannel
部分截图:
作者 @晁州
2017 年 11月 27日