詳解IOS WebRTC的實現(xiàn)原理

更新時間：2021年06月07日 11:04:31 作者：為童沉淪

WebRTC，源自網(wǎng)頁實時通信（Web Real-Time Communication）縮寫，它是支持網(wǎng)頁瀏覽器進行實時語音對話或視頻對話的技術。它為我們提供了視頻會議的核心技術，包括音視頻的采集、編解碼、網(wǎng)絡傳輸、顯示等功能，并且還支持跨平臺：windows，linux，mac，android，ios。

概述

它在2011年5月開放了工程的源代碼，在行業(yè)內得到了廣泛的支持和應用，成為下一代視頻通話的標準。

WebRTC的音視頻通信是基于P2P，那么什么是P2P呢？

它是點對點連接的英文縮寫。

P2P連接模式

一般我們傳統(tǒng)的連接方式，都是以服務器為中介的模式：

類似http協(xié)議：客戶端?服務端（當然這里服務端返回的箭頭僅僅代表返回請求數(shù)據(jù)）。

我們在進行即時通訊時，進行文字、圖片、錄音等傳輸?shù)臅r候：客戶端A?服務器?客戶端B。

而點對點的連接恰恰數(shù)據(jù)通道一旦形成，中間是不經(jīng)過服務端的，數(shù)據(jù)直接從一個客戶端流向另一個客戶端：

客戶端A?客戶端B ... 客戶端A?客戶端C ...（可以無數(shù)個客戶端之間互聯(lián)）

這里可以想想音視頻通話的應用場景，我們服務端確實是沒必要去獲取兩者通信的數(shù)據(jù)，而且這樣做有一個最大的一個優(yōu)點就是，大大的減輕了服務端的壓力。

而WebRTC就是這樣一個基于P2P的音視頻通信技術。

WebRTC的服務器與信令

講到這里，可能大家覺得WebRTC就不需要服務端了么？這是顯然是錯誤的認識，嚴格來說它僅僅是不需要服務端來進行數(shù)據(jù)中轉而已。

WebRTC提供了瀏覽器到瀏覽器（點對點）之間的通信，但并不意味著WebRTC不需要服務器。暫且不說基于服務器的一些擴展業(yè)務，WebRTC至少有兩件事必須要用到服務器：

瀏覽器之間交換建立通信的元數(shù)據(jù)（信令）必須通過服務器。
為了穿越NAT和防火墻。

第1條很好理解，我們在A和B需要建立P2P連接的時候，至少要服務器來協(xié)調，來控制連接開始建立。而連接斷開的時候，也需要服務器來告知另一端P2P連接已斷開。這些我們用來控制連接的狀態(tài)的數(shù)據(jù)稱之為信令，而這個與服務端連接的通道，對于WebRTC而言就是信令通道。

圖中signalling就是往服務端發(fā)送信令，然后底層調用WebRTC，WebRTC通過服務端得到的信令，得知通信對方的基本信息，從而實現(xiàn)虛線部分Media通信連接。

當然信令能做的事還有很多，這里大概列了一下：

用來控制通信開啟或者關閉的連接控制消息
發(fā)生錯誤時用來彼此告知的消息
媒體流元數(shù)據(jù)，比如像解碼器、解碼器的配置、帶寬、媒體類型等等
用來建立安全連接的關鍵數(shù)據(jù)
外界所看到的的網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)，比如IP地址、端口等

在建立連接之前，客戶端之間顯然沒有辦法傳遞數(shù)據(jù)。所以我們需要通過服務器的中轉，在客戶端之間傳遞這些數(shù)據(jù)，然后建立客戶端之間的點對點連接。但是WebRTC API中并沒有實現(xiàn)這些，這些就需要我們來實現(xiàn)了。

而第2條中的NAT這個概念，參考文章iOS即時通訊，從入門到“放棄”？，中也提到過，不過是為了應對NAT超時，所造成的TCP連接中斷。在這里我們就不展開去講了，感興趣的可以看看：NAT百科

這里我簡要說明一下，NAT技術的出現(xiàn)，其實就是為了解決IPV4下的IP地址匱乏。舉例來說，就是通常我們處在一個路由器之下，而路由器分配給我們的地址通常為192.168.0.1 、192.168.0.2如果有n個設備，可能分配到192.168.0.n，而這個IP地址顯然只是一個內網(wǎng)的IP地址，這樣一個路由器的公網(wǎng)地址對應了n個內網(wǎng)的地址，通過這種使用少量的公有IP 地址代表較多的私有IP 地址的方式，將有助于減緩可用的IP地址空間的枯竭。

但是這也帶來了一系列的問題，例如這里點對點連接下，會導致這樣一個問題：

如果客戶端A想給客戶端B發(fā)送數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)來到客戶端B所在的路由器下，會被NAT阻攔，這樣B就無法收到A的數(shù)據(jù)了。

但是A的NAT此時已經(jīng)知道了B這個地址，所以當B給A發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，NAT不會阻攔，這樣A就可以收到B的數(shù)據(jù)了。這就是我們進行NAT穿越的核心思路。

于是我們就有了以下思路：

我們借助一個公網(wǎng)IP服務器,a,b都往公網(wǎng)IP/PORT發(fā)包,公網(wǎng)服務器就可以獲知a,b的IP/PORT，又由于a,b主動給公網(wǎng)IP服務器發(fā)包，所以公網(wǎng)服務器可以穿透NAT A,NAT B送包給a,b。

所以只要公網(wǎng)IP將b的IP/PORT發(fā)給a,a的IP/PORT發(fā)給b。這樣下次a和b互相消息，就不會被NAT阻攔了。

WebRTC的NAT/防火墻穿越技術

基于上述的一個思路來實現(xiàn)的：

建立點對點信道的一個常見問題，就是NAT穿越技術。在處于使用了NAT設備的私有TCP/IP網(wǎng)絡中的主機之間需要建立連接時需要使用NAT穿越技術。以往在VoIP領域經(jīng)常會遇到這個問題。目前已經(jīng)有很多NAT穿越技術，但沒有一項是完美的，因為NAT的行為是非標準化的。這些技術中大多使用了一個公共服務器，這個服務使用了一個從全球任何地方都能訪問得到的IP地址。在RTCPeeConnection中，使用ICE框架來保證RTCPeerConnection能實現(xiàn)NAT穿越