使用QUIC协议实现实时视频直播0卡顿
一. 視頻直播的痛點：卡頓
? ? ? 卡頓是最影響直播體驗的因素之一，也是最難解決的問題之一。在流媒體的傳輸鏈路中，任何一個環節丟包都可能導致用戶觀看卡頓。
? ? ? 其中，主播端的推流卡頓最影響觀看體驗，會直接影響到所有觀看直播的最終用戶。主播推流卡頓在部分場景會特別顯著，比如戶外直播就非常考驗在網絡狀況復雜的情況下推流的穩定性。
? ? ? 減少卡頓一直是開發者重大的技術挑戰，那么繼續看看我們又有什么樣的對策呢？
? ? ? Google 從 2014 年推出 QUIC 協議后一直在音視頻產品上實踐該協議。現在，經過一年多的探索和實踐，我們的直播云產品已經擁抱 QUIC，最新推出的直播 QUIC 推流方案可以大幅度的降低直播的卡頓問題，可以在各種復雜網絡環境下給客戶提供優秀的直播體驗。（關于QUIC協議的詳細介紹請閱讀《技術掃盲：新一代基于UDP的低延時網絡傳輸層協議——QUIC詳解》）
二. QUIC 是什么，為什么可以降低卡頓？
? ? ? 既然 QUIC 可以解決如此重要的直播體驗問題，那么我們先從整體了解一下 QUIC 協議（關于QUIC協議的詳細介紹請閱讀《技術掃盲：新一代基于UDP的低延時網絡傳輸層協議——QUIC詳解》）。
2.1 QUIC 協議的定義
? ? ? QUIC 全稱 Quick UDP Internet Connection, 是谷歌公司制定的一種基于 UDP 協議的低時延互聯網傳輸協議。
? ? ? ?我們知道，TCP/IP 協議族是互聯網的基礎。其中傳輸層協議只有兩種： TCP 和 UDP 協議。與 TCP 協議相比，UDP 更為輕量，但是錯誤校驗也要少得多。由于 UDP 是不可靠協議，不保證按序送達，所以其可靠性比不上 TCP 協議。
? ? ? QUIC 傳輸層基于 UDP 協議但卻是一種可靠的傳輸協議，因為它將很多可靠性的驗證策略從系統層轉移到應用層來做，這樣可以使用更適合現代流媒體傳輸的擁塞控制策略。
關于TCP和UDP的差異，以下文章可以給您一些答案：
《網絡編程懶人入門(四)：快速理解TCP和UDP的差異》
《網絡編程懶人入門(五)：快速理解為什么說UDP有時比TCP更有優勢》
《簡述傳輸層協議TCP和UDP的區別》
《為什么QQ用的是UDP協議而不是TCP協議？》
《移動端即時通訊協議選擇：UDP還是TCP？》
2.2 QUIC 在網絡傳輸中所處的位置
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? ? ? 從圖上可以看出，QUIC 傳輸層用 UDP 協議替代了 TCP。（另外，更深入的計算機網絡協議關系圖請見《計算機網絡通訊協議關系圖（中文珍藏版）[附件下載]》）
2.3 QUIC 在傳輸上為什么有優勢
? ? ? 從上面所有對 QUIC 的定義上來看，很明顯 QUIC 的對比對象是 TCP。所以下面所有的優勢的枚舉都是基于 QUIC 和 TCP 的比較。
【QUIC優勢1：更出色的擁塞控制】
? ? ? 雖然例如 HTTP/2 或者 SPDY 協議現在都支持將頁面的多個數據通過一個數據鏈接進行傳輸，該特性也確實能夠加快數據的傳輸速度。但是由于 TCP 協議在處理包時是有嚴格順序的，所以還是會遇到隊首阻塞的問題。
? ? ? 比如發生如下圖所示場景下的問題時，當其中一個數據沒有發送成功，TCP 連接需要等待這個包完成重傳之后才能繼續進行。因此，即使邏輯上一個 TCP 連接上并行的在進行多路數據傳輸，其他毫無關聯的數據也會因此阻塞：
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? ? ? QUIC 協議直接通過傳輸層使用 UDP 協議就可以避免該問題的發送。由于 UDP 協議沒有嚴格的順序要求，當一個數據包遇到問題需要重傳時只會影響該數據包對應的資源，其他獨立的資源不會受到影響而阻塞傳輸：
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【QUIC優勢2：更加靈活】
? ? ? TCP 協議棧通常由操作系統層面來實現，例如如 Linux、Windows、iOS、Android 操作系統。因此如果要修改 TCP 協議需要從操作系統層面去做很多事情，這是一項復雜的工程。相對來說 UDP 協議在操作系統層面實現更為簡單，QUIC 基于 UDP 在應用層做了很多網絡擁塞控制層面的優化，幫助用戶減少復雜網絡下的卡頓率，提高流暢度，這是 TCP 無法做到的。
2.4 QUIC小結
? ? ? 從以上所有的介紹中可以看出，如果我們需要使用 QUIC 改善直播體驗，就是用它來代替直播中 TCP 協議所扮演的角色。大家都清楚目前直播所使用的協議都基本是 RTMP 協議,而 RTMP 協議的傳輸層是基于 TCP 協議。所以我們的 QUIC 推流方案就是把 RTMP 當中的傳輸層協議換成 QUIC，從而達到推流卡頓率下降的效果。
三. 使用 QUIC 后的效果
? ? ? 上面說了那么多基于 QUIC 做媒體傳輸的理論優勢，那么有沒有實際的實驗測試作為理論的支撐呢？下面一起來看看測試數據吧。
測試的參數配置：
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測試方式：?
使用 ATC 模擬的弱網環境下，用 srs 播放器播放 5 mins，記錄流暢度和卡頓次數。
3.1 測試場景之弱網配置一
ATC配置：delay 100ms??loss 1%
結果分別如圖所示：
3.2 測試場景之弱網配置二
ATC配置：delay 200ms loss 10%
測試結果如圖所示：
而在 TCP 這種網絡配置下，推不起來，或者推一會就會斷開。
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以上是生活随笔為你收集整理的使用QUIC协议实现实时视频直播0卡顿的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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