文章目錄

• TCP為何不適用于實時音視頻
• UDP->RTP
• RTP協議結構
• Jittbuffer
• RTP擴展頭
• RTP填充數據
• 參考

TCP為何不適用于實時音視頻

可靠性是以犧牲實時性為代價的。按照TCP原理，當出現極端網絡情況時，理論上每個包的時延可達到秒級以上，而且這種時延是不斷疊加的。這對于音視頻實時通信來說是不可接受的。
TCP為了實現數據傳輸的可靠性，采用的是“發送→確認→丟包→重傳”這樣一套機制。而且為了增加網絡的吞吐量，還采用了延遲確認和Nagle算法(將多個小包組成一個大包發送，組合包的大小不超過網絡最大傳輸單元)

為了增加網絡的吞吐量，接收端不必每收到一個包就確認一次，而是對一段時間內收到的所有數據集體確認一次即可。為了實現該功能，TCP通常會在接收端啟動一個定時器。定時器的時間間隔一般設置為200ms，即每隔200ms確認一次接收到的數據。這就是延遲確認機制?！?br /> 除此之外，TCP在發送端也啟動了一個定時器，不過該定時器的功能不是發送確認消息，而是用來判別是否有丟包的情況。發送端定時器的時長為一個RTO(RTO（Retransmission Timeout），重傳超時時長。其值約等于RTT的平均值，每次超時后以指數級增長。RTT表示一個數據包從發送端到接收端，然后再回到發送端所用的時長)如果在定時器超時后仍然沒有收到包的確認消息，則認為包丟失了，需要發送端重發丟失的包。這就是TCP的丟包重傳機制。

假如接收端發送的確認消息丟失了，按TCP的協議規則，通信雙方會怎么做呢？首先，發送端只有等到定時器超時后，才能發現該包丟失了。確認丟包后，發送端會將前面所有未確認的包重發一遍。如果在收到數據后，接收端發送的確認消息又丟失了，那么發送端還要等到定時器超時后才能知道包丟失了。因此，在遇到這種極端網絡的情況下，TCP傳輸的時延要累加很多，這種時延是不可控的。

UDP->RTP

UDP沒有這套邏輯，所以實時性最高。WebRTC通過NACK、FEC、Jitter Bufer以及NetEQ技術既可以解決丟包和抖動問題，又不會產生影響服務質量的時延。
UDP傳輸一些有前后邏輯關系的數據時有缺陷，所以在UDP之上的應用層上使用RTP傳輸音視頻數據

RTP協議結構

保持有序:Sequence Number
我們希望在使用RTP傳輸音視頻數據時，一旦有數據丟失，可以快速定位是哪個數據包丟失了。
如果給每個發送的數據包都打上一個編號，并且編號是連續的，那么，接收端就可以很容易地判斷出哪些包丟失了。在RTP頭中，有一個專門記錄該編號的字段，稱作Sequence Number。在發送端，每產生一個RTP包，其Sequence Number字段中的值就被自動加1，以保證每個包的編號唯一且連續。當接收端收到RTP包時，會對Sequence Number字段進行檢查，如果發現Sequence Number不連續了，就說明有包丟失或亂序了。
區分不同類型數據:PayloadType
我們在做網絡應用開發時，通常會使用同一個端口傳輸不同類型的數據，如音視頻數據。但接收端是如何區分出不同類型的數據的？RTP在其協議頭中設置了PT（PayloadType）字段.比如VP8的PT一般為96，而Opus的PT一般為111
區分不同源數據包:SSRC
同一個端口不僅可以同時傳輸不同類型的數據包，還可以傳輸同一類型但不同源的數據包。
流媒體服務就可以將多個不同源（參與人）的視頻通過同一個端口發送給客戶端。那么客戶端（接收端）又是如何將不同源的數據區分出來的呢？這就要說到RTP中另一個字段SSRC了。
RTP要求所有不同的源的數據流之間可以通過SSRC字段進行區分，且每個源的SSRC必須唯一。
每個SSRC所代表的數據流的Sequence Number都是單獨計數的，如下圖：

完整的協議格式如下：

V（Version）字段，占2位，表示RTP的版本號，現在使用的都是第2個版本，所以該域固定為2。
P（Padding）字段，占1位，表示RTP包是否有填充值。為1時表示有填充，填充以字節為單位。一般數據加密時需要固定大小的數據塊，此時需要將該位置1。
X（eXtension）字段，占1位，表示是否有擴展頭。如果有擴展頭，擴展頭會放在CSRC之后。擴展頭主要用于攜帶一些附加信息。
CC（CSRCCount）字段，占4位，記錄了CSRS標識符的個數。每個CSRC占4字節，如果CC＝2，則表示有兩個CSRC，共占8字節。
M（Marker）字段，其含義是由配置文件決定的，一般情況下用于標識邊界。比如一幀H264被分成多個包發送，那么最后一個包的M位就會被置位，表示這一幀數據結束了。
timestamp字段，占4字節，用于記錄該包產生的時間，主要用于組包和音視頻同步。
CSRC字段，指該RTP包中的數據是由哪些源貢獻的。比如混音數據是由三個音頻混成的，那么這三個音頻源都會被記錄在CSRS列表中。

Jittbuffer

介紹一下使用RTP消除包抖動的一個簡要過程：
對于WebRTC而言，其在接收RTP包時，會為之創建一個接收隊列來消除包抖動。一開始，隊列中只收到了100、101、102和104號包。由于103號包還沒到，所以無法將100～104號包組成一幀數據。103號包沒有到有兩種可能的原因：一種原因是103號包丟失了；另一種原因是網絡抖動導致包亂序了。判斷緩沖隊列有沒有滿。如果緩沖隊列滿了，就說明包真的丟失了。對于103號包來說，由于現在緩沖隊列還不滿，因此該包處于待定狀態。同理，當107號包到達時，105號包和106號包也處于待定狀態。

很快103號包來了，通過對其RTP頭中Sequence Number字段的計算，它會被插到隊列中對應的空缺位置，此時100～104號包連成了一串。又由于104號包上有M標記，因此可以將這幾個RTP包組成一個完整的幀。接下來，100～104號包將從緩沖隊列中彈出，交由組幀模塊處理，空出的位置可以繼續接收新包。WebRTC也是通過類似的方法從網絡上將一個個RTP包接收下來。
WebRTC中解決RTP包抖動的緩沖隊列就是我們通常所說的JitterBufer。

RTP擴展頭

當X被置位1，說明有擴展頭

RTP擴展頭由三部分組成，分別為profile、length以及headerex tension。
在RFC5285中定義了兩種profile，分別是**{0xBE，0xDE}和{0x10，0x0X}**（分別代表存放在headerextension中的兩種不同的數據格式，即one-byte-header和two-byte-header）

接收端解析RTP擴展頭時，通過profile來區分header extension中的內容該如何解析。
length字段表示擴展頭所攜帶的header extension的個數。如果length為4，表示有4個headerextension；
header extension字段是擴展頭信息，以4字節為單位，其具體含義由profile決定。

one-byte-header格式：
存放在擴展頭header extension字段中的數據，由一個字節的Header和N字節的Body組成，而Header又由4位的ID和4位的len組成。注意，length的值為跟在Header后面的數據（以字節為單位）長度減1。

第一個one-byte-header的length值為0，其數據長度為（0+1）=1字節；第二個one-byte-header（的length值為1，其數據占（1+1）=2字節；第三個one-byte-header的length值為3，其數據占（3+1）=4字節。此外，由于擴展頭要保持4字節對齊，所以最后兩個字節是填充字節，設置為0。

two-byte-header格式：
Header部分由兩個字節組成，第一個字節表示ID，第二個字節表示長度，two-byte-header中length存放的是實際長度。

通過上面的介紹我們知道RTP擴展頭有三個要點。一是RTP標準頭中的X位，該位置1時，RTP中才會有擴展頭。二是擴展頭中的profile字段指明了擴展頭中數據的格式。如果profile為0xBEDE，則說明使用的擴展頭格式為one-byte-header；如果profile為0x100X（X表示任意值），則說明使用的擴展頭格式為two-byte-header。三是one-byte-header與two-byte-header的區別。如果ID和len放在一個字節中，說明它是one-byte-header格式；如果ID和len放在兩個字節中，說明它是two-byte-header格式。

RTP填充數據

RTP頭中的P位用于標識RTP包中是否有填充數據。如果P位為1，說明RTP包中含有填充數據。
當RTP包中包含有填充數據時，其數據包的最后一個字節記錄著包中填充字節的個數，即圖中的Padding Size部分。

如果Padding Size為5，說明RTP包中共有5個填充字節，其中包括它自己。在解析RTP Payload部分之前，應將填充部分去掉。去掉填充字節的算法也非常簡單，首先讀取RTP包的最后一個字節，取出填充字節數，然后從最后一個字節算起，將其前面的Padding Size個字節丟掉即可。

參考

李超《WebRTC音視頻實時互動技術:原理、實戰與源碼分析》
https://weread.qq.com/web/reader/377320f07260a55337761c1kc81322c012c81e728d9d180

總結

以上是生活随笔為你收集整理的从WebRtc学习RTP协议的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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