WebRTC通话原理（SDP、STUN、 TURN、 信令服务器）

1.媒体协商

比如下面这个例子 A端与B端要想通信

• A端视频采用VP8做解码，然后发送给B端，B端怎么解码？

• B端视频采用VP9做解码，然后发送给A端，A端怎么解码？

所以要协商媒体信息

所以A端和B端要同时采用对方都支持的编码方式，如上图—使用H264进行解码

有一个专门的协议叫做信令服务器交换会话描述协议（SDP），用于交换连接信息和协调两个端点之间的通信。会话描述协议（SDP）是WebRTC信令过程中的核心部分，它描述了多媒体会话的细节。以下是关于SDP及其在信令过程中的作用的介绍：

SDP简介

SDP（Session Description Protocol）是一种用于描述多媒体会话的格式。它包含了会话的媒体类型、格式、传输协议和网络信息等。SDP在WebRTC中用于协商音视频通话的各种参数，确保两个端点可以兼容并顺利进行通信。

以协商编码格式为例：

媒体描述（m=）： 描述媒体类型（如音频、视频）、传输端口、传输协议和格式列表。

m=audio 49170 RTP/AVP 0
m=video 51372 RTP/AVP 31

2.网络协商

彼此要了解对方的网络信息，这样才有可能找到一条相互通讯的链路

理想情况下：两台通信的电脑都有自己的私有公网地址，可以直接点对点通信

实际情况。我们的电脑都是在一个大的局域网里面，需要NAT（网络地址转换），如下所示，图画的比较简陋，实际情况往往不止一层NAT，可能是多层NAT

为了解决上述问题，需要用到STUN 和 TURN

STUN（Session Traversal Utilities for NAT）是一种用于解决NAT（Network Address Translation）穿越问题的网络协议。NAT通常在局域网和互联网之间进行IP地址转换，从而保护局域网的设备，但它也会导致直接P2P（点对点）通信的困难。STUN协议帮助WebRTC客户端发现其公网IP地址及其在NAT后的端口，从而使P2P通信得以实现。

STUN的工作原理

STUN服务器位于公网上，客户端通过它来确定自己的公网IP地址和端口。STUN的基本工作流程如下：

1. 客户端发送请求： 客户端向STUN服务器发送一个STUN请求包，通常是通过UDP协议。
2. STUN服务器响应： STUN服务器收到请求后，提取请求包中的源IP地址和端口，并将其返回给客户端作为响应。
3. 客户端接收响应： 客户端接收到响应后，解析出其在公网中的IP地址和端口。这些信息可以用于P2P连接的建立。

通过STUN，WebRTC客户端能够知道自己的公网IP地址和端口，从而使得对端能够直接与其通信。

但是STUN并不是每次都能成为得为需要NAT的通话设备分配IP地址，打洞可能打不通，或者带宽不足以支撑发送媒体数据，这个时候就可以使用TURN来做数据转发。

TURN工作原理

与STUN不同，TURN不仅用于发现客户端的公网IP地址和端口，还实际参与数据传输。TURN服务器接收客户端的数据，并将其转发到目标客户端。这种方式确保了即使在最复杂的NAT和防火墙环境中，WebRTC通信仍然可以进行。这种方式的带宽由服务器承担

基本工作流程如下：

1. 客户端发送请求： 客户端向STUN服务器发送一个STUN请求包，通常是通过UDP协议。
2. STUN服务器响应： STUN服务器收到请求后，提取请求包中的源IP地址和端口，并将其返回给客户端作为响应。
3. 客户端接收响应： 客户端接收到响应后，解析出其在公网中的IP地址和端口。这些信息可以用于P2P连接的建立。

通过STUN，WebRTC客户端能够知道自己的公网IP地址和端口，从而使得对端能够直接与其通信。

3.信令服务器

信令服务器在WebRTC中是一个关键组件，它负责在两个端点（如浏览器或应用程序）之间交换必要的连接信息（媒体协商信息，网络连接信息等等），以建立和维护实时通信会话。尽管信令服务器不参与实际的媒体数据传输，但它在连接建立过程中的作用至关重要。

信令服务器的主要功能

1. 交换SDP（Session Description Protocol）：
   • Offer/Answer：当一个端点想要与另一个端点建立连接时，它会创建一个SDP offer，并通过信令服务器发送给另一个端点。另一个端点接收到offer后，生成一个SDP answer，并通过信令服务器返回给第一个端点。这些SDP消息包含了媒体类型、编解码器、带宽等信息，确保两端能够兼容通信。
2. 交换ICE候选者：
   • ICE候选者（Interactive Connectivity Establishment Candidates）：为了建立P2P连接，双方需要交换多个网络候选者，以确定最佳的通信路径。信令服务器在这个过程中传递这些候选者信息。
3. 传递控制消息：
   • 通话控制：信令服务器也用于传递其他控制消息，如挂断、静音、解除静音等操作。

信令服务器的实现方式

信令服务器的实现并没有固定的标准，可以使用多种协议和技术。常见的实现方式包括：

• WebSocket：一种全双工通信协议，特别适合用于实时应用。WebRTC通常使用WebSocket来传递信令消息，因为它能够提供低延迟的双向通信。
• HTTP/HTTPS：虽然不如WebSocket实时，但可以用于简单的信令实现，特别是当实时性要求不高时。
• SIP（Session Initiation Protocol）：一种用于启动、维护和终止实时会话的协议，常用于VoIP（网络电话）系统中。