WebRTC 架构总体概览

WebRTC 架构分为三层:

信令层 (Signaling Layer)

负责建立和维护通信连接,包括 SDP、ICE 信息的交换。
典型实现:WebSocket、SIP、XMPP 等(WebRTC 不定义信令协议,开发者需自行实现)。

媒体传输层 (Media Transport Layer)

用于音视频数据的采集、编码、传输和解码。
涉及 RTP、RTCP、SRTP、DTLS 等协议。

数据传输层 (Data Transport Layer)

提供可靠的点对点数据传输。
依赖 SCTP、UDP、DTLS,支持文件共享、游戏同步等应用场景。

详细模块解析

1. 信令层

信令层不属于 WebRTC 的标准部分,但对于建立 WebRTC 会话至关重要。信令的主要任务包括:

SDP 协商:通过 Offer/Answer 模型交换音视频编解码器信息、带宽约束等。
ICE 信息交换:传递候选地址(candidate),实现点对点连接。
典型流程:
WebSocket 等信令通道用于传递以下内容:

SDP Offer / Answer
ICE Candidate

2. 媒体传输层

2.1 媒体采集与处理

音频采集与处理:使用设备麦克风,通过 AudioTrack 采集音频流,支持回声消除、噪声抑制。
视频采集与处理:通过 VideoTrack 使用摄像头采集视频,支持分辨率调整和帧率控制。

2.2 媒体编码与封装

音频编码:常见编解码器包括 Opus。
视频编码:支持 VP8、VP9、H.264、AV1。
RTP 封装:音视频数据通过 RTP 封装成数据包,进行网络传输。

2.3 传输协议

RTP/RTCP:音视频的实时传输协议,RTCP 提供统计和控制功能。
SRTP:RTP 的安全版本,提供加密和完整性校验。
DTLS:提供数据传输的加密。

2.4 丢包与质量控制

NACK:通过 RTCP 请求重传丢失的数据包。
FEC:前向纠错,利用冗余数据恢复丢失的包。
BWE:带宽估算,动态调整视频码率。

3. 数据传输层

WebRTC 提供了基于 SCTP 的数据通道,支持点对点传输任意数据:

可靠传输:确保数据按序到达。
无序传输:优化延迟敏感场景(如游戏)。
加密传输:通过 DTLS 提供加密。

4. 网络穿透技术

为了实现点对点连接,WebRTC 使用以下技术:

STUN:帮助设备获取公网 IP 和端口。
TURN:当点对点直连失败时,通过中继服务器转发数据。
ICE:动态选择最佳通信路径,包括直连和 TURN。
WebRTC 的典型通信流程
建立 PeerConnection

创建 RTC PeerConnection 对象,用于管理连接。
媒体与数据流设置

调用 getUserMedia() 获取音视频流,或设置数据通道。
交换 SDP

使用信令通道交换 SDP Offer/Answer。
ICE 连接建立

通过 STUN/TURN 获取候选地址并进行连接测试。
媒体与数据传输

音视频通过 RTP/RTCP 传输,数据通过 SCTP 传输。

image.png

通过上述架构和流程,WebRTC 实现了高效的实时通信能力,广泛应用于视频通话、在线会议、实时直播和多人游戏等领域。

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