一、 简介

目前，在IP网络中实现实时语音、视频通信和应用已经成为网络应用的一个主流技术和发展方向，本文详细介绍IP协议族中用于实时语音、视频数据传输的标准协议RTP（ Real-time Transport Protocol）和RTCP（RTP Control Ptotocol）的主要功能。

RTP标准定义了两个子协议，RTP和RTCP

数据传输协议RTP，用于实时传输数据。该协议提供的信息包括：时间戳（用于同步）、序列号（用于丢包和重排序检测）、以及负载格式（用于说明数据的编码格式）。
控制协议RTCP，用于QoS反馈和同步媒体流。相对于RTP来说，RTCP所占的带宽非常小，通常只有5%。

为什么要使用RTP？
一提到流媒体传输、一谈到什么视频监控、视频会议、语音电话（VOIP），都离不开RTP协议的应用，但当大家都根据经验或者别人的应用而选择RTP协议的时候，你可曾想过，为什么我们要使用RTP来进行流媒体的传输呢？为什么我们一定要用RTP？难道TCP、UDP或者其他的网络协议不能达到我们的要求么？
像TCP这样的可靠传输协议，通过超时和重传机制来保证传输数据流中的每一个bit的正确性，但这样会使得无论从协议的实现还是传输的过程都变得非常的复杂。而且，当传输过程中有数据丢失的时候，由于对数据丢失的检测（超时检测）和重传，会数据流的传输被迫暂停和延时。
或许你会说，我们可以利用客户端构造一个足够大的缓冲区来保证显示的正常，这种方法对于从网络播放音视频来说是可以接受的，但是对于一些需要实时交互的场合（如视频聊天、视频会议等），如果这种缓冲超过了200ms，将会产生难以接受的实时性体验。

那为什么RTP可以解决上述问题呢？
RTP协议是一种基于UDP的传输协议，RTP本身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。这样，对于那些丢失的数据包，不存在由于超时检测而带来的延时，同时，对于那些丢弃的包，也可以由上层根据其重要性来选择性的重传。比如，对于I帧、P帧、B帧数据，由于其重要性依次降低，故在网络状况不好的情况下，可以考虑在B帧丢失甚至P帧丢失的情况下不进行重传，这样，在客户端方面，虽然可能会有短暂的不清晰画面，但却保证了实时性的体验和要求。

二、RTP解析

RTP的工作机制：

当应用程序建立一个RTP会话时，应用程序将确定一对目的传输地址。目的传输地址由一个网络地址和一对端口组成，有两个端口：一个给RTP包，一个给RTCP包，使得RTP/RTCP数据能够正确发送。RTP数据发向偶数的UDP端口，而对应的控制信号RTCP数据发向相邻的奇数UDP端口（偶数的UDP端口＋1），这样就构成一个UDP端口对。 RTP的发送过程如下，接收过程则相反。

1. RTP协议从上层接收流媒体信息码流（如H.263），封装成RTP数据包；RTCP从上层接收控制信息，封装成RTCP控制包.
2. RTP将RTP 数据包发往UDP端口对中偶数端口；RTCP将RTCP控制包发往UDP端口对中的奇数端口。

RTP分组只包含RTP数据，而控制是由RTCP协议提供。RTP在1025到65535之间选择一个未使用的偶数UDP端口号，而在同一次会话中的RTCP则使用下一个奇数UDP端口号。端口号5004和5005分别用作RTP和RTCP的默认端口号。RTP分组的首部格式如图2所示，其中前12个字节是必须的。

应用层的一部分

从应用开发者的角度看，RTP 应当是应用层的一部分。在应用的发送端，开发者必须编写用 RTP 封装分组的程序代码，然后把 RTP 分组交给 UDP 插口接口。在接收端，RTP 分组通过 UDP 插口接口进入应用层后，还要利用开发者编写的程序代码从 RTP 分组中把应用数据块提取出来。

RTP报文头的内容

填充位（P）：1比特，如果该位置位，则该RTP包的尾部就包含附加的填充字节。

扩展位（X）： 1比特，如果该位置位的话，RTP固定头部后面就跟有一个扩展头部。

CSRC计数器（CC）：4比特，含有固定头部后面跟着的CSRC的数目。

标记位（M）： 1比特,该位的解释由配置文档（Profile）来承担.

载荷类型（PayloadType）： 7比特，标识了RTP载荷的类型。

序列号（SN）：16比特，每发送一个 RTP 数据包，序列号增加1。接收端可以据此检测丢包和重建包序列。

时间戳(Timestamp): 2比特，记录了该包中数据的第一个字节的采样时刻。在一次会话开始时，时间戳初始化成一个初始值。即使在没有信号发送时，时间戳的数值也要随时间而不断地增加（时间在流逝嘛）。时钟频率依赖于负载数据格式，并在描述文件（profile）中进行描述。

同步源标识符(SSRC)：32比特，同步源就是指RTP包流的来源。在同一个RTP会话中不能有两个相同的SSRC值。该标识符是随机选取的 RFC1889推荐了MD5随机算法。

贡献源列表（CSRC List）：0～15项，每项32比特，用来标志对一个RTP混合器产生的新包有贡献的所有RTP包的源。由混合器将这些有贡献的SSRC标识符插入表中。SSRC标识符都被列出来，以便接收端能正确指出交谈双方的身份。

RTP的会话过程

当应用程序建立一个RTP会话时，应用程序将确定一对目的传输地址。目的传输地址由一个网络地址和一对端口组成，有两个端口：一个给RTP包，一个给RTCP包，使得RTP/RTCP数据能够正确发送。RTP数据发向偶数的UDP端口，而对应的控制信号RTCP数据发向相邻的奇数UDP端口（偶数的UDP端口＋1），这样就构成一个UDP端口对。

RTP的发送过成如下，接收过程相反

1. RTP协议从上层接收流媒体信息码流（如H.263），封装成RTP数据包；RTCP从上层接收控制信息，封装成RTCP控制包。
2. RTP将RTP 数据包发往UDP端口对中偶数端口；RTCP将RTCP控制包发往UDP端口对中的接收端口。

RTP的profile机制

RTP为具体的应用提供了非常大的灵活性，它将传输协议与具体的应用环境、具体的控制策略分开，传输协议本身只提供完成实时传输的机制，开发者可以根据不同的应用环境，自主选择合适的配置环境、以及合适的控制策略。

这里所说的控制策略指的是你可以根据自己特定的应用需求，来实现特定的一些RTCP控制算法，比如前面提到的丢包的检测算法、丢包的重传策略、一些视频会议应用中的控制方案等等（这些策略我可能将在后续的文章中进行描述）。

对于上面说的合适的配置环境，主要是指RTP的相关配置和负载格式的定义。RTP协议为了广泛地支持各种多媒体格式（如 H.264, MPEG-4, MJPEG, MPEG），没有在协议中体现出具体的应用配置，而是通过profile配置文件以及负载类型格式说明文件的形式来提供。

说明：如果应用程序不使用专有的方案来提供有效载荷类型(payload type)、顺序号或者时间戳，而是使用标准的RTP协议，应用程序就更容易与其他的网络应用程序配合运行，这是大家都希望的事情。例如，如果有两个不同的公司都在开发因特网电话软件，他们都把RTP合并到他们的产品中，这样就有希望：使用不同公司电话软件的用户之间能够进行通信。

RTCP的封装

RTCP的主要功能：服务质量的监视与反馈、媒体间的同步，以及多播组中成员的标识。在RTP会话期 间，各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此，各参与者可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP和RTCP配合使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数据。

RTCP也是用UDP来传送的，但RTCP封装的仅仅是一些控制信息，因而分组很短，所以可以将多个RTCP分组封装在一个UDP包中。

根据所携带的控制信息不同RTCP信息包可分为RR（接收者报告包）、SR（源报告包）、SEDS（源描述包）、BYE（离开申明）和APP（特殊应用包）五类5类：

RTCP传输间隔

由于RTP设计成允许应用自动扩展，可从几个人的小规模系统扩展成上千人的大规模系统。由于每个对话成员定期发送RTCP信息包，随着参加者不断增加，RTCP信息包频繁发送将占用过多的网络资源，为了防止拥塞，必须限制RTCP信息包的流量，控制信息所占带宽一般不超过可用带宽的 5%，因此就需要调整 RTCP包的发送速率。由于任意两个RTP终端之间都互发 RTCP包，因此终端的总数很容易估计出来，应用程序根据参加者总数就可以调整RTCP包的发送速率

RTP/RTCP的不足之处

RTP与RTCP相结合虽然保证了实时数据的传输，但也有自己的缺点。最显著的是当有许多用户一起加入会话进程的时候，由于每个参与者都周期发送RTCP信息包，导致RTCP包泛滥(flooding)。

参考自 RTP与RTCP协议详解 开源中国