13. UDP协议与RTP协议

UDP协议

UDP协议比较简单:
在这里插入图片描述
UDP的长度是固定的,用总长度-UDP长度就是数据长度。
UDP是不保证他的有序性和可靠性的。对于音频和视频是这样是比较好的,因为这段丢了,我们可以从下一段在开始解码。

RTP

RTP 协议概述

RTP(Real-time Transport Protocol)是用于 Internet 上针对多媒体数据流的一种传输层协议,RTP 协议和 RTP 控制协议 RTCP 一起使用。RTP 被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作,其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP 的典型应用建立在 UDP 上,但也可以在 TCP 或 ATM 等其他协议之上工作。

RTP 不像 http 和 ftp 可完整的下载整个影视文件,它是以固定的数据率在网络上发送数据,客户端也是按照这种速度观看影视文件,当影视画面播放过后,就不可以再重复播放,除非重新向服务器端要求数据。

RTP 本身只保证实时数据的传输,并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制,也不提供流量控制或拥塞控制,它依靠 RTCP 提供这些服务。

RTP 工作机制

rtp 协议就是提供了时间标签,序列号以及其它的结构用于控制适时数据的流放。在流的概念中” 时间标签” 是最重要的信息。发送端依照即时的采样在数据包里隐蔽的设置了时间标签。在接受端收到数据包后,就依照时间标签按照正确的速率恢复成原始的适时的数据。不同的媒体格式调时属性是不一样的。

但是 rtp 本身并不负责同步,rtp 只是传输层协议,为了简化运输层处理,提高该层的效率。 将部分运输层协议功能(比如流量控制)上移到应用层完成。同步就是属于应用层协议完成的。它没有运输层协议的完整功能,不提供任何机制来保证实时地传输数据,不支持资源预留,也不保证服务质量。rtp 报文甚至不包括长度和报文边界的描述。同时 rtp 协议的数据报文和控制报文的使用相邻的不同端口,这样大大提高了协议的灵活性和处理的简单性。

rtp 协议和 udp 二者共同完成运输层协议功能。udp 协议只是传输数据包,不管数据包传输的时间顺序。rtp 的协议数据单元是用 udp 分组来承载的。在承载 rtp 数据包的时候,有时候一帧数据被分割成几个包具有相同的时间标签,则可以知道时间标签并不是必须的。而 udp 的多路复用让 rtp 协议利用支持显式的多点投递,可以满足多媒体会话的需求。

RTP 协议的报文结构

每一个 RTP 数据报都由头部(Header)和负载(Payload)两个部分组成,其中头部前 12 个字节的含义是固定的,而负载则可以是音频或者视频数据。

RTP 头格式如图所示:
在这里插入图片描述
开始 12 个八进制出现在每个 RTP 包中,而 CSRC 标识列表仅出现在混合器插入时。各段含义如下:

  1. 版本(V)
    2 位, 标识 RTP 版本。

  2. 填充标识(P)
    1 位,如设置填充位,在包尾将包含附加填充字,它不属于有效载荷。填充的最后一个八进制包含应该忽略的八进制计数。某些加密算法需要固定大小的填充字,或为在底层协议数据单元中携带几个 RTP 包。

  3. 扩展(X)
    1 位,如设置扩展位,固定头后跟一个头扩展。

  4. CSRC 计数(CC)
    4 位,CSRC 计数包括紧接在固定头后 CSRC 标识符个数。

  5. 标记(M)
    1 位,标记解释由设置定义,目的在于允许重要事件在包流中标记出来。设置可定义其他标示位,或通过改变位数量来指定没有标记位。

  6. 载荷类型(PT)
    7 位,记录后面资料使用哪种 Codec ,receiver 端找出相应的 decoder 解码出来
    在这里插入图片描述

  7. 序列号
    16 位,序列号随每个 RTP 数据包而增加 1,由接收者用来探测包损失。序列号初值是随机的,使对加密的文本攻击更加困难。TCP也是有一个sequence number的,TCP中的sequence number通过ACK进行回复的,以达到排序的效果。

  8. 时间戳
    32 位,时间戳反映 RTP 数据包中第一个八进制数的采样时刻,采样时刻必须从单调、线性增加的时钟导出,以允许同步与抖动计算。时标可以让 receiver 端知道在正确的时间将资料播放出来。
    在这里插入图片描述
    由上图可知,如果只有序列号,并不能完整按照顺序的将 data 播放出来,因为如果 data 中间有一段是没有资料的,只有序列号的话会造成错误,需搭配上让它知道在哪个时间将 data 正确播放出来,如此我们才能播放出正确无误的信息。

  9. SSRC
    32 位,SSRC 段标识同步源。此标识不是随机选择的,目的在于使同一 RTP 包连接中没有两个同步源有相同的 SSRC 标识。尽管多个源选择同一个标识的概率很低,所有 RTP 实现都必须探测并解决冲突。如源改变源传输地址,也必须选择一个新 SSRC 标识以避免插入成环行源。

  10. CSRC 列表
    0 到 15 项,每项 32 位。CSRC 列表表示包内的对载荷起作用的源。标识数量由 CC 段给出。 如超出 15 个作用源,也仅标识 15 个。CSRC 标识由混合器插入,采用作用源的 SSRC 标识。
    RTP 用到的地方就是 PLAY ,服务器往客户端传输数据用 UDP 协议,RTP 是在传输数据的前面加了个 12 字节的头(描述信息)。

RTP 载荷封装设计本文的网络传输是基于 IP 协议,所以最大传输单元(MTU)最大为 1500 字节,在使用 IP/UDP/RTP 的协议层次结构的时候,这其中包括至少 20 字节的 IP 头,8 字节的 UDP 头,以及 12 字节的 RTP 头。这样,头信息至少要占用 40 个字节,那么 RTP 载荷的最大尺寸为 1460 字节。以 H264 为例,如果一帧数据大于 1460,则需要分片打包,然后到接收端再拆包,组合成一帧数据,进行解码播放。

实时传输 TCP/UDP协议的选择

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当网络很卡的时候,他的实时性是不能保证的。比如说客户端给服务器端发送一个,等到1s还没有收到sck。下次也是那么这个TCP的实时性是不能保证的。TCP虽然可以保证包的有序可靠到达,但是代价失去了实时性。尤其是在极端情况下。
所以我们需要选择UDP,但是UDP需要解决丢包,乱序,这些都要在应用层解决。这也就是我们为什么都使用WebRTC,因为这些事情他都帮你解决了。

TCP在实时通信的作用

当UDP不通的时候可以使用TCP,比如说跟国外的人进行通讯,这时候UDP不行,可以使用TCP来保证联通率。因为企业级的通讯软件他的连通率要达到99%以上。如果TCP也不通的话,就用https,https底层也是TCP和一些安全的机制。
也就是一开始用UDP,如果UDP不通的话,就用TCP,TCP也不通的话就用https。
用TCP和https就是为了增加连通率。

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