WebRTC | ICE详解

目录

一、Candidate种类与优先级

二、ICE策略

 1. iceServers 

2. iceTransportPolicy

三、P2P连接

1.Nat类型

（1）完全锥型NAT

（2）IP限制锥型NAT

（3）端口限制锥型NAT

（4）对称型NAT

四、网络中继

1. TURN协议中转数据

 （1）发送指令Send indication

（2）端对端传输数据

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一、Candidate种类与优先级

        ICE中使用的Candidate具有优先级次序，由高到低分别为host、srflx、prflx、relay。WebRTC进行一对一音视频通信时，就是按照这个次序尝试建立连接的。

        不在同一局域网内，双方尝试host型Candidate连接时会失败。不过，在双方尝试连接时，双方Candidate的收集工作并未停止。Candidate收集线程还在收集其他类型的Candidate，如从STUN/TURN服务器收集srflx和relay类型的Candidate；当收集到srflx类型的Candidate时，ICE会尝试NAT打洞，如果打洞成功，则双方会通过P2P的方式传输数据；如果打洞失败，则会通过TURN服务器中转数据。

WebRTC通信时会按照内网、P2P、relay这样的次序尝试连接：

1. 内网连接对应host连接策略。host连接表示直接在本地设备上建立的连接，也就是在同一局域网内的设备之间的直接连接。
2. P2P连接对应srflx和prflx连接策略。srflx（server reflexive）和prflx（peer reflexive）连接都是通过STUN服务器获取的公共IP地址，用于建立点对点连接。srflx连接是通过NAT后的公共IP地址建立的连接，而prflx连接是对等方自己的NAT映射地址。
3. 中继连接对应relay连接策略。当无法建立直接的P2P连接时，WebRTC会使用TURN服务器作为中继，建立relay连接。relay连接通过中继服务器传递数据，确保数据的可靠传输。

        WebRTC中的ICE既考虑了数据传输的效率，又考虑了网络的连通率：

• WebRTC的ICE机制会选择最好的链路传输音视频数据，即如果通信的双方在同一网段内，则优先使用内网链路；如果通信的双方不在同一网段，则优先使用P2P；当以上方式都无法连通时，则使用relay服务进行中转。
• ICE的连通率几乎可以达到100%。在内网和P2P无法连通的情况下，它还可以通用中继的方式让彼此连通，从而大大提高了WebRTC的连通率。

二、ICE策略

        RTCPeerConnection提供了一种在浏览器之间建立点对点连接的方式，而无需通过服务器进行中转。它使用了ICE（Interactive Connectivity Establishment）协议来处理网络地址和端口的自动配置，以确保连接的稳定性和可靠性。

        构造RTCPeerConnection对象时，其输入参数的类型为RTCConfiguration。

RTCConfiguration pcConfig = {'iceServers': [{'urls': 'turn:stun.learningrtc.cn:3478','username': "username1",'credential': "password1",},{'urls': 'turn:stun.avdancedu.com:3478','username': "username2",'credential': "password2",}],'iceTransportPolicy': "all",'bundlePolicy': "max-bundle",'rtcpMuxPolicy': "require"
};
RTCPeerConnection pc = new RTCPeerConnection(pcConfig);
…

RTCConfiguration各字段含义

 1. iceServers 

        iceServers是RTCIceServer类型的数组，可以包含一个或多个STUN和/或TURN服务器。

2. iceTransportPolicy

        在ICE中，有两种常见的网络连接策略：

• all：默认策略，浏览器将尝试使用所有可用的网络接口（如本地IP地址、VPN、Wi-Fi等）来建立连接。这种策略适用于多种网络环境，但可能会增加连接建立的时间和网络带宽的消耗。
• relay：这种策略仅使用中继服务器（如TURN服务器）来建立连接。中继服务器充当中间人，帮助两个浏览器在防火墙或NAT后面建立连接。这种策略适用于网络环境受限的情况，但可能会增加延迟和中继服务器的负载。

三、P2P连接

1.Nat类型

        P2P指的就是如何进行NAT穿越。NAT在真实的网络环境中随处可见，它的出现主要出于两个目的。一是为了解决IPv4地址不够用的问题。当时IPv6短期内还无法替换IPv4，而IPv4的地址又特别紧缺，所以人们想到让多台主机共用一个公网IP地址，大大减缓了IPv4地址不够用的问题。二是为了解决安全问题。使用NAT后，主机隐藏在内网，这样黑客就很难访问到内网主机，从而达到保护内网主机的目的。

        NAT就是一种地址映射技术，它在内网地址与外网地址之间建立了映射关系。当内网主机向外网主机发送信息时，数据在经过NAT层时，NAT会将数据包头中的源IP地址和源端口号替换为映射后的外网IP地址和外网端口。相反，当接收数据时，NAT收到数据后会将目标地址映射为内网的IP地址和端口再转给内网主机。

        RFC3489和RFC5389是最重要的两份NAT穿越的协议文档。在RFC3489协议中，将NAT分成4种类型，即完全锥型、IP限制锥型、端口限制锥型以及对称型。在这4种类型中，越往后的NAT类型穿越难度越大。

        大多数情况下NAT穿越使用的是UDP，这是因为UDP是无连接协议的，打洞会更加方便。当然，也可以使用TCP打洞。

（1）完全锥型NAT

        完全锥型NAT的特点：一旦打洞成功，所有知道该洞的主机都可以通过它与内网主机进行通信。

（2）IP限制锥型NAT

        IP限制锥型NAT要比完全锥型NAT严格得多。IP限制锥型NAT的主要特点：NAT打洞成功后，只有与之打洞成功的外网主机才能通过该洞与内网主机通信，而其他外网主机即使知道洞口也不能与之通信。

（3）端口限制锥型NAT

        端口限制锥型NAT的主要特点：除了像IP限制锥型NAT一样需要对IP地址进行检测外，还需要对端口进行检测。

（4）对称型NAT

        对称型NAT是4种NAT类型中对数据包检测最严格的。对称型NAT的特点：内网主机每次访问不同的外网主机时，都会生成一个新洞，而不像前面3种NAT类型使用的是同一个洞。

        对称型NAT每次访问不同外网主机都生成新洞的这种特性，导致对称型NAT碰到对称型NAT或者对称型NAT遇到端口限制型NAT时，双方打洞的成功率非常低，即使可以互通，成本也非常高。WebRTC遇到上面这两种情况时，直接放弃打洞的尝试。

四、网络中继

        当遇到NAT之间无法打通的情况时，WebRTC会使用TURN协议通过中转的方式实现端与端之间的通信。

1. TURN协议中转数据

        TURN协议采用了典型的客户端/服务器模式，其服务器端称为TurnServer，客户端称为TurnClient。TurnClient与TurnServer之间通过信令控制数据流的发送。

        TurnClient与TurnServer之间的传输协议既可以是UDP，也可以是TCP，而在TurnServer上分配的relay地址使用的都是UDP。

 （1）发送指令Send indication

        该指令包括两个属性：XOR-PEER-ADDRESS和DATA。其中XOR-PEER-ADDRESS属性用于指定向哪个主机转发数据，DATA属性指明数据的具体内容。

（2）端对端传输数据

        一种方法就是上面说的Send indication指令，当TurnClient向某个Peer发数据时就要使用它。相反，当Peer通过TurnServer向TurnClient转发数据时，使用Data indication指令，指明向哪个TurnClient转发数据。

        另一种方法是使用tunnel机制。使用tunnel机制的好处是不用再像使用Send/Data indication指令一样，每次都要指定数据发往的地址，只需要在开始发送数据之前，发送ChannelBind指令将channel number与目标地址绑定一次即可，后面统一使用channel number就可以找到发往的目的地。