笔记：WebRTC 网络技术理论与实战（一）

WebRTC技术笔记 笔记：WebRTC 网络技术理论与实战（一）

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作者：李俊才 （jcLee95）：https://blog.csdn.net/qq_28550263
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本文地址：https://blog.csdn.net/qq_28550263/article/details/131300591

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【介绍】：本系列笔记总结WebRTC用到的相关技术理论及其实践。

下一节：《 WebRTC 网络技术理论与实战（二） 》

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第一章： WebRTC 概述

1.1 WebRTC简介

1.1.1 什么是WebRTC

WebRTC（Web Real-Time Communication）是一项实时通讯技术，旨在通过简单的 JavaScript API 实现实时音视频通话和 P2P（Peer-to-Peer）文件分享等功能。WebRTC 的核心是使得浏览器能够在不需要任何插件或者第三方软件的情况下，直接进行实时通信。这使得 WebRTC 成为了一种轻量级、高性能、易于开发的实时通信解决方案。从网络技术角度上看，WebRTC 将用到多种用于 NAT 的网络协议，以此实现点对点的网络通信。

1.1.2 WebRTC 的背景

曾今实时通信领域主要依赖于专有技术和插件，这些技术在当时的网络环境下取得了一定的成功，但随着网络技术的发展和用户需求的变化，它们逐渐暴露出以下问题：

• 需要安装特定插件，给用户带来不便
• 插件可能存在安全漏洞，影响用户隐私和数据安全
• 跨平台兼容性差，增加开发和维护成本
• 受限于专有技术，创新和发展受限

为了解决这些问题，谷歌、火狐和其他浏览器厂商开始共同推动 WebRTC 的发展。2011 年，谷歌将其收购的 Global IP Solutions（GIPS）公司的语音和视频引擎开源，并将其命名为 WebRTC。随后，W3C 和 IETF 开始分别制定 WebRTC 的 API 标准和协议标准。经过多年的发展，WebRTC 已经成为了实时通信领域的主流技术，并得到了各大浏览器厂商的广泛支持。

经过不断发展，目前 WebRTC 已经有了比较完善的技术规范（参考 1.4 WebRTC技术相关规范和文档），浏览器页普片直接支持 WebRTC 有关的API，可以在 MDN 上找到相关API 的介绍和表述：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/WebRTC_API。

1.1.3 WebRTC 的重要性

WebRTC 的诞生和发展对于实时通信领域具有重要意义。首先，WebRTC 使得实时通信变得更加简单和易于开发。开发者只需要掌握简单的 JavaScript API，就可以实现高质量的实时音视频通话和 P2P 文件分享功能。其次，WebRTC 提高了实时通信的性能和稳定性。通过 P2P 技术，WebRTC 可以实现低延迟、高带宽的实时通信，满足各种应用场景的需求。最后，WebRTC 是一项开放的网络技术，得到了各大浏览器厂商的支持。这意味着 WebRTC 可以在各种设备和平台上运行，为实时通信的发展提供了广阔的市场空间。

总之，WebRTC 的定义和背景使其成为了一种理想的实时通信解决方案，广泛应用于在线教育、远程办公、直播互动、物联网等领域。

1.2 WebRTC 的优势和应用场景

1.2.1 WebRTC 的优势

WebRTC 作为一种实时通信技术，具有以下显著优势：

1. 无需插件 ：WebRTC 可以在支持的浏览器中直接运行，无需安装任何插件或第三方软件。这降低了用户的使用门槛，提高了用户体验。
2. 跨平台兼容性 ：WebRTC 得到了主流浏览器厂商的支持，可以在各种设备和操作系统上运行。这有助于降低开发和维护成本，提高应用的普及率。
3. 高性能实时通信 ：WebRTC 使用 P2P 技术进行实时音视频通话和文件分享，能够实现低延迟、高带宽的通信。这使得 WebRTC 适用于各种对实时性要求较高的应用场景。
4. 安全性与隐私保护 ：WebRTC 提供了一系列安全机制，如 DTLS 和 SRTP，以保护通信内容的安全和用户隐私。这使得 WebRTC 更适合应用于商业和敏感场景。
5. 灵活的 API 设计 ：WebRTC 提供了简单易用的 JavaScript API，使得开发者可以轻松地实现实时通信功能。此外，WebRTC 的 API 设计允许开发者根据需求定制通信过程，实现个性化的应用。

1.2.2 WebRTC 的应用场景

凭借上述优势，WebRTC 已经广泛应用于各种场景，以下是一些常见的应用场景：

1. 在线教育 ：WebRTC 可以实现高质量的实时音视频通话，使得在线教育变得更加方便和高效。教师和学生可以通过 WebRTC 进行实时互动，提高教学效果。
2. 远程办公 ：WebRTC 可以帮助企业实现远程办公，降低成本并提高生产效率。员工可以通过 WebRTC 进行实时会议、协同编辑文档等，提高工作效率。
3. 直播互动 ：WebRTC 可以实现低延迟的实时直播，满足用户对实时互动的需求。观众可以通过 WebRTC 向主播提问、点赞和打赏，增加直播的互动性和趣味性。
4. 在线医疗 ：WebRTC 可以帮助医生和患者实现远程诊断和治疗，提高医疗效率。医生可以通过 WebRTC 查看患者的病情，提供及时的治疗建议。
5. 物联网和边缘计算 ：WebRTC 可以应用于物联网设备和边缘计算节点之间的实时通信，实现设备的远程控制和数据采集。这有助于提高物联网设备的智能化水平和运行效率。
6. 社交媒体和在线游戏 ：WebRTC 可以为社交媒体和在线游戏提供实时音视频通话和 P2P 文件分享功能，增强用户的沟通和互动体验。

WebRTC 的优势使其成为实时通信领域的理想选择，广泛应用于各种场景。随着技术的不断发展，WebRTC 的应用范围将进一步扩大，为人们的生活和工作带来更多便利。

1.3 WebRTC 的基本架构

WebRTC 的基本架构包含三个主要部分：JavaScript API、浏览器内部实现和网络协议。这三个部分共同协作，使得 WebRTC 能够在浏览器中实现实时通信。下面分别介绍这三个部分的内容。

1.3.1 JavaScript API

WebRTC 提供了一组 JavaScript API，使得开发者可以在网页中轻松地实现实时音视频通话和文件分享功能。这些 API 包括：

1. getUserMedia() ：此 API 用于获取用户的音频和视频设备（如麦克风和摄像头），并将媒体流（MediaStream）传递给其他 API。
2. RTCPeerConnection ：此 API 用于建立和维护 P2P 通信连接。它负责处理信令、协商媒体格式、建立 ICE 连接等。
3. RTCDataChannel ：此 API 用于在 P2P 通信连接上建立双向数据通道。它可以用于传输任意类型的数据，如文件、消息等。
4. RTCRtpSender 和 RTCRtpReceiver ：这两个 API 分别用于发送和接收 RTP 数据包。它们负责处理媒体流的编解码、封装和传输。

1.3.2 浏览器内部实现

浏览器内部实现是 WebRTC 的核心部分，负责处理实时通信的底层细节。主要包括以下模块：

1. 媒体引擎 ：媒体引擎负责处理音视频数据的采集、编解码和渲染。它支持多种音视频编解码器，如 VP8、VP9、H.264、Opus 等。
2. 网络引擎 ：网络引擎负责处理实时通信的传输和控制。它实现了多种网络协议，如 RTP、RTCP、ICE、DTLS 等。
3. 信令处理 ：信令处理模块负责处理 P2P 通信连接的建立和维护。它与 JavaScript API 的 RTCPeerConnection 对象交互，处理信令消息。

1.3.3 网络协议

WebRTC 使用一系列网络协议来实现实时通信。这些协议包括：

1. RTP（实时传输协议） ：RTP 是一种用于实时音视频传输的协议。它提供了时间戳和序列号，以实现同步和丢包重传。
2. RTCP（实时传输控制协议） ：RTCP 是一种与 RTP 配合使用的协议，用于传输控制信息，如发送报告、接收报告等。它可以帮助维护通信质量。
3. ICE（互联网连接建立） ：ICE 是一种用于穿越 NAT 和防火墙的技术。它使用 STUN 和 TURN 服务器来协助建立 P2P 通信连接。
4. DTLS（数据报传输层安全） ：DTLS 是一种基于 TLS 的安全协议，用于保护 RTP 数据包的安全和完整性。它可以防止数据泄露和篡改。
5. SRTP（安全实时传输协议） ：SRTP 是一种基于 RTP 的安全协议，用于加密音视频数据。它可以保护通信内容的隐私。

通过这三个部分的协同工作，WebRTC 能够在浏览器中实现高效、安全的实时通信。开发者可以利用 WebRTC 提供的 JavaScript API，轻松地为网页添加实时音视频通话和文件分享功能。

1.4 WebRTC 技术相关规范文档

博主已经为读者整理好了 WebRTC 技术相关规范文档的地址，包括之后将会使用到的网络技术的相关文档的地址，读者可以参考之

1.4.1 WebRTC 相关文档

以下表格列出了与 WebRTC 技术相关的规范文档及其信息：

文档标题	中文标题	类型	时间	作者	地址	内容简介
WebRTC 1.0: Real-time Communication Between Browsers	WebRTC 1.0: 浏览器间实时通信	W3C Recommendation	2021-01-26	W3C WebRTC Working Group	链接	定义了WebRTC的核心API，包括音视频通信、数据通道等
JSEP (JavaScript Session Establishment Protocol)	JSEP (JavaScript 会话建立协议)	IETF Draft	2019-06-05	J. Uberti, C. Jennings, E. Rescorla	链接	描述了如何使用JavaScript协议建立WebRTC会话
WebRTC Data Channels	WebRTC 数据通道	IETF Draft	2015-01-15	R. Jesup, S. Loreto, M. Tuexen	链接	定义了WebRTC的数据通道，用于在浏览器之间传输任意数据
WebRTC Audio Codec and Processing Requirements	WebRTC 音频编解码器和处理要求	IETF Draft	2016-05-31	C. Bran, J. Valin, A. Burman	链接	列出了WebRTC音频编解码器的要求和音频处理方法
WebRTC Video Processing and Codec Requirements	WebRTC 视频处理和编解码器要求	IETF Draft	2016-11-16	A. Burman, M. Westerlund, S. Wenger, C. Perkins	链接	列出了WebRTC视频编解码器的要求和视频处理方法
SDP: Session Description Protocol	SDP: 会话描述协议	IETF RFC	2006-07-01	M. Handley, V. Jacobson, C. Perkins	链接	描述了会话描述协议的语法和语义，用于描述多媒体会话
RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications	RTP: 实时应用传输协议	IETF RFC	2003-07-01	H. Schulzrinne, S. Casner, R. Frederick, V. Jacobson	链接	定义了实时传输协议，用于音视频通信的传输和同步

1.4.2 相关网路技文档

文档标题	中文标题	类型	时间	作者	地址	内容简介
ICE: A Protocol for Network Address Translator (NAT)	Traversal ICE: 用于网络地址转换器 (NAT) 穿越的协议	IETF RFC	2010-04-01	J. Rosenberg	链接	定义了用于NAT穿越的交互式连接建立协议
STUN: Session Traversal Utilities for NAT	STUN: 用于 NAT 的会话穿越工具	IETF RFC	2008-10-01	J. Rosenberg, R. Mahy, P. Matthews, D. Wing	链接	定义了用于NAT穿越的会话穿越实用工具
TURN: Traversal Using Relays around NAT	TURN: 绕过 NAT 使用中继的穿越方法	IETF RFC	2010-12-01	J. Rosenberg, R. Mahy, P. Matthews, D. Wing	链接	定义了用于NAT穿越的中继协议