TCP/IP协议学习记录之二十七:RTP和RTMP

    以上两个协议和多媒体传输有关,所以今天特地来学习学习;

转载自

https://www.cnblogs.com/yoyotl/p/5650101.html

https://www.cnblogs.com/lidabo/p/7233154.html

RTP:

   RTP全称是Real- time Transport Protocol(实时传输协议),是在Internet上处理多媒体数据流的传输层协议,利用它能够在一对一(unicast,单播)或者一对多 (multicast,多播)的网络环境中实现传流媒体数据的实时传输。

   RTP通常使用UDP协议来实现多媒体的传输;

   

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    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |V=2|P|X|  CC   |M|     PT      |       sequence number         |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                           timestamp                           |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                synchronization source (SSRC)                  |   
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                 contributing source (CSRC)                    | 
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
字段解析:
 V:RTP协议的版本号,占2位,当前协议版本号为2。
 2 
 3 P:填充标志,占1位,如果P=1,则在该报文的尾部填充一个或多个额外的八位组,它们不是有效载荷的一部分。
 4 
 5 X:扩展标志,占1位,如果X=1,则在RTP报头后跟有一个扩展报头。
 6 
 7 CC:CSRC计数器,占4位,指示CSRC 标识符的个数。
 8 
 9 M: 标记,占1位,不同的有效载荷有不同的含义,对于视频,标记一帧的结束;对于音频,标记会话的开始。
10 
11 PT: 有效载荷类型,占7位,用于说明RTP报文中有效载荷的类型,如GSM音频、H264视频等,在流媒体中大部分是用来区分音频流和视频流的,这样便于客户端进行解析。
12 
13 sequence number(序列号):占16位,用于标识发送者所发送的RTP报文的序列号,每发送一个报文,序列号增1。这个字段当下层的承载协议用UDP的时候,网络状况不好的时候可以用来检查丢包。同时出现网络抖动的情况可以用来对数据进行重新排序。
14 
15 timestamp(时间戳):占32位,时戳反映了该RTP报文的第一个八位组的采样时刻。接收者使用时戳来计算延迟和延迟抖动,并进行同步控制。
16 
17 SSRC(同步信源):占32位,用于标识同步信源。
   RTP包流的源,用RTP报头中32位数值的SSRC标识符进行标识,使其不依赖于网络地址。一个同步源的所有包构成了相同计时和序列号空间的一部分,这样接收方就可以把一个同步源的包放在一起,来进行重放。
   举些同步源的例子,像来自同一信号源的包流的发送方,如麦克风、摄影机、RTP混频器就是同步源。一个同步源可能随着时间变化而改变其数据格式,如音频编码。
   SSRC标识符是一个随机选取的值,它在特定的RTP会话中是全局唯一的。
   如果参与者在一个RTP会话中生成了多个流,例如来自多个摄影机,则每个摄影机都必须标识成单独的同步源。
   该标识符是随机选择的,参加同一视频会议的两个同步信源不能有相同的SSRC。

19 CSRC(作用信源):占32位,可以包含0~15个作用信源信息。
   若一个RTP包流的源,对由RTP混频器生成的组合流起了作用,则它就是一个作用源。对特定包的生成起作用的源,其SSRC标识符组成的列表,被混频器插入到包的RTP报头中。这个列表叫做CSRC表。
   相关应用的例子如:在音频会议中,混频器向所有的说话人(talker)指出,谁的话语(speech)将被组合到即将发出的包中,即便所有的包都包含在同一个(混频器的)SSRC标识符中,也可让听者(接收者)可以清楚谁是当前说话人。 
   每个CSRC标识了包含在该RTP报文有效载荷中的所有作用信源。

RTMP:

      Real Time Message Protocol(实时信息传输协议),它是由Adobe公司提出的一种应用层的协议,用来解决多媒体数据传输流的多路复用(Multiplexing)和分包(packetizing)的问题。

      RTMP通常使用传输层的TCP协议进行传输,在基于传输层协议的链接建立完成后,RTMP协议也要客户端和服务器通过“握手”来建立基于传输层链接之上的RTMP Connection链接,在Connection链接上会传输一些控制信息,如SetChunkSize,SetACKWindowSize。其中CreateStream命令会创建一个Stream链接,用于传输具体的音视频数据和控制这些信息传输的命令信息。RTMP协议传输时会对数据做自己的格式化,这种格式的消息我们称之为RTMP Message,而实际传输的时候为了更好地实现多路复用、分包和信息的公平性,发送端会把Message划分为带有Message ID的Chunk,每个Chunk可能是一个单独的Message,也可能是Message的一部分,在接受端会根据chunk中包含的data的长度,message id和message的长度把chunk还原成完整的Message,从而实现信息的收发。

  RTMP连接的建立:

要建立一个有效的RTMP Connection链接,首先要“握手”:客户端要向服务器发送C0,C1,C2(按序)三个chunk,服务器向客户端发送S0,S1,S2(按序)三个chunk,然后才能进行有效的信息传输。RTMP协议本身并没有规定这6个Message的具体传输顺序,但RTMP协议的实现者需要保证这几点:
- 客户端要等收到S1之后才能发送C2
- 客户端要等收到S2之后才能发送其他信息(控制信息和真实音视频等数据)
- 服务端要等到收到C0之后发送S1
- 服务端必须等到收到C1之后才能发送S2
- 服务端必须等到收到C2之后才能发送其他信息(控制信息和真实音视频等数据)
如果每次发送一个握手chunk的话握手顺序会是这样:

消息:

这里的Message是指满足该协议格式的、可以切分成Chunk发送的消息,消息包含的字段如下: 

  • Timestamp(时间戳):消息的时间戳(但不一定是当前时间,后面会介绍),4个字节
  • Length(长度):是指Message Payload(消息负载)即音视频等信息的数据的长度,3个字节
  • TypeId(类型Id):消息的类型Id,1个字节
  • Message Stream ID(消息的流ID):每个消息的唯一标识,划分成Chunk和还原Chunk为Message的时候都是根据这个ID来辨识是否是同一个消息的Chunk的,4个字节,并且以小端格式存储

chunking:

       RTMP在收发数据的时候并不是以Message为单位的,而是把Message拆分成Chunk发送,而且必须在一个Chunk发送完成之后才能开始发送下一个Chunk。每个Chunk中带有MessageID代表属于哪个Message,接受端也会按照这个id来将chunk组装成Message。
为什么RTMP要将Message拆分成不同的Chunk呢?通过拆分,数据量较大的Message可以被拆分成较小的“Message”,这样就可以避免优先级低的消息持续发送阻塞优先级高的数据,比如在视频的传输过程中,会包括视频帧,音频帧和RTMP控制信息,如果持续发送音频数据或者控制数据的话可能就会造成视频帧的阻塞,然后就会造成看视频时最烦人的卡顿现象。同时对于数据量较小的Message,可以通过对Chunk Header的字段来压缩信息,从而减少信息的传输量。(具体的压缩方式会在后面介绍)
Chunk的默认大小是128字节,在传输过程中,通过一个叫做Set Chunk Size的控制信息可以设置Chunk数据量的最大值,在发送端和接受端会各自维护一个Chunk Size,可以分别设置这个值来改变自己这一方发送的Chunk的最大大小。大一点的Chunk减少了计算每个chunk的时间从而减少了CPU的占用率,但是它会占用更多的时间在发送上,尤其是在低带宽的网络情况下,很可能会阻塞后面更重要信息的传输。小一点的Chunk可以减少这种阻塞问题,但小的Chunk会引入过多额外的信息(Chunk中的Header),少量多次的传输也可能会造成发送的间断导致不能充分利用高带宽的优势,因此并不适合在高比特率的流中传输。在实际发送时应对要发送的数据用不同的Chunk Size去尝试,通过抓包分析等手段得出合适的Chunk大小,并且在传输过程中可以根据当前的带宽信息和实际信息的大小动态调整Chunk的大小,从而尽量提高CPU的利用率并减少信息的阻塞机率。

  chunk 格式:

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