WebRTC 协议

WebRTC 协议

一、WebRTC 协议是什么？

1、概念

WebRTC，即Web Real-Time Communication （网络实时交互） 的缩写，既是一个API，也是一个协议。WebRTC 协议是一套用于两个 WebRTC 代理协商双向安全实时通信的规则。WebRTC API 随后允许开发者使用 WebRTC 协议。WebRTC API 仅针对 JavaScript 进行指定。

类似的关系是HTTP和Fetch API之间的关系。WebRTC 的协议是 HTTP，WebRTC 的 API 是 Fetch API。

WebRTC 协议除了 JavaScript 之外，还支持其他 API 和语言。你也可以找到WebRTC的服务器和领域专用工具。所有这些实现都使用WebRTC协议，以便彼此交互。

网络实时通信，通常称为WebRTC，是一种开源通信协议，拥有一套规则，使设备与网页浏览器之间实现双向且实时的语音、测试和视频流式传输。

这些协议以WebRTC API形式提供，主要以Javascript编写。这意味着，当你集成WebRTC API建立点对点会议（P2P）连接时，你的移动应用和网页浏览器都能支持任何形式的多媒体内容。

2、例子

（1）没有WebRTC

当浏览器1向浏览器2发送消息时，浏览器1的消息首先到达服务器。服务器识别浏览器2并发送消息。通过服务器传输可能并不总是适合实时通信，因为数据传输必须在不到半秒内完成。

（2）有WebRTC

同样的情况也适用于WebRTC。当该协议用于两个浏览器之间的通信时，不需要服务器。WebRTC 协议直接连接对等端进行通信。

WebRTC通常通过通过P2P实时传输音频、视频流和数据来连接用户 。但如果用户处于不同的互联网协议（IP）网络 ，且使用网络地址转换（NAT）防火墙阻止实时通信（RTC） ，可以使用会话穿越工具（STUN）服务器将IP地址转换为公共互联网地址，从而建立P2P连接。WebRTC API 通过浏览器发起和监控设备间的 P2P 连接，促进多通道的双向数据传输。

二、WebRTC 协议的工作流程

总体而言，用户期望任何语音或视频通话应用都能获得高质量、丰富的互动体验。这需要多种网页浏览器功能，如功能丰富的音频和视频处理、对多种网络协议的支持以及新的应用 API。WebRTCs 以三种主要 API 的形式包装这些内容：

1. MediaStream 媒体流：用于在两个或多个设备之间通信时，从摄像头和视频电话获取音频和视频。

2. RTCPeerConnection 对等连接：负责本地计算机与远程对等端之间连接的发起、维护、监控和关闭

3. RTCDataChannel 数据通道：节点间任意数据通过网络通道双向传输。

第一步：信号传递

让 WebRTC 的agent之间彼此了
用于信令的协议:
Session Description Protocol 会话描述协议（SDP）

信令是 WebRTC 代理（对等节点）之间交换信息以启动通话的过程。在此过程中，一个名为会话描述协议（SDP）的明文协议收集每个节点的信息，并相互交换。信息交流包括：

		每个节点的 IP 地址和端口，代理可访问。
		代理希望发送给对方的音频和视频轨道总数
		每个节点支持的视频编码器
		连接值如 uFrag 或 uPwd
		安全值就像指纹证书

第二步：连接

连接有/无服务器的对等者
用于连接的协议
Interactive Connectivity Establishment 互动连接机构（ICE）

一旦对等节点获得足够信息交换数据，WebRTC 将使用 **ICE（交互式连接建立）协议连接彼此。
即使对等节点在同一网络或不同网络上，ICE 协议也能在无需服务器的情况下连接这些对等端。
除了直接连接外，**WebRTC 还可以通过 STUN/TURN 服务器的 NAT 穿越，将多个设备通过单一 IP 地址连接到同一网络。**
下一步将是通过强加密保护音频和视频数据。我们来了解一下。

第三步： 确认

加密节点间交换的音频和视频

用于安全的协议
DTLS (Datagram Transport Layer Security) （数据报传输层安全）
SRTP (Secure Real-Time Transport Protocol)（安全实时传输协议）

连接 WebRTC 代理进行通信后，您需要确保数据传输的安全。
为了保护通信信道，WebRTC 使用另外两种协议：DTLS 和 SRTP。

DTLS

	当你关注低延迟和容忍丢失时，WebRTC 会通过用户数据报协议（UDP）为你的应用提供这些功能，该协议通过 TLS（传输层安全保护 HTTPS 上的通信）进行加密。

SRTP

	该协议加密实时协议（RTP）的数据包。
	在 ICE 建立的连接中，WebRTC 进行 DTLS 握手。 DTLS 证书与信令过程生成的指纹匹配，并声明 DTLS 连接。该 DTLS 连接将包含启动 SRTP 会话所需的密钥。
	该连接用于数据通道间的消息交换。
	接下来，使用 SRTP 安全的 RTP 协议，用于跨通信信道交换音频/视频。

第四步：通信

用于通信的协议
RTP (Real-time Transport Protocol)（实时传输协议）
SCTP (Stream Control Transmission Protocol)（流控制传输协议）

此时你已经连接并保护了两个 WebRTC 代理。现在是时候让同伴们相互沟通了。

RTP

RTP 用于消息交换。它采用 SRTP 加密，提供实时流媒体音频或视频所需的工具。

SCTP

SCTP 用于在数据通道中发送和接收消息。 该协议用于传递顺序不正确或完全不可信的消息。SCTP 采用 DTLS 协议加密。

二、WebRTC 协议的工作流程

构成WebRTC的技术元素和通信协议元素如下。

会话描述协议（SDP） ：描述通信会话的协议。 它描述了用于建立会话的信息（如IP地址、端口号和加密通信的公钥信息）以及通信信道信息，如视频、音频流和数据信道。 它也被用于视频分发中的实时流式传输协议（RTSP）。
交互式连接建立（ICE） ：当前的IPv4互联网通常无法通过IP地址实现端到端透明通信，尤其是因为客户端有网络地址转换（NAT）设备和其他设备。 终端之间的通信需要超出NAT的处理。 对于这种"NAT穿越"，使用诸如会话穿越工具（STUN）和利用绕过NAT的中继穿越（TURN）等服务器来释放端口号并中介（中继）通信。 ICE是一种利用STUN和TURN连接终端的技术。
数据报传输层安全（DTLS） ：一种实现与HTTPS及其他应用中使用的传输层安全（TLS）相同功能的协议。 加密、认证和防篡改。 WebRTC通信在UDP之上使用DTLS。 在该DTLS平台上，音频、视频和数据通信通过SRTP和SCTP实现，具体描述如下。
安全实时传输协议（SRTP） ：一种用于通过UDP执行高实时通信（如视频）的协议，RFC 3711中增加了加密、认证和防篡改等安全功能。其定义如下。 在WebRTC中，密钥交换通过DTLS进行，加密通信则通过SRTP进行密钥。
流控制传输协议（SCTP）：SCTP 是下一代 TCP 协议，支持多归档和每消息数据传输，作为消除开头阻断的协议，RFC 4960 提出。其定义如下。 SCTP 被定义为一种通过 IP 实现的协议，但由于中继设备（中控盒）日益复杂，许多设备仅通过 TCP 和 UDP 进行其他传输，因此并未广泛使用。 WebRTC 使用基于 DTLS/UDP 实现的 SCTP 进行数据通道通信，利用 SCTP 的拥塞控制、消息传输功能和消除线头阻塞功能。

📌 各层协议功能详解

1️⃣ 底层传输层：UDP

WebRTC的实际数据传输是以 UDP 为基础的。UDP 提供轻量、实时性高的数据传输，适合音视频与实时应用。 

2️⃣ 连接建立 & NAT 穿透协议：ICE / STUN / TURN

为了在实际网络中建立端对端连接（尤其是两端在 NAT/防火墙后面），WebRTC 使用：

📌 ICE（Interactive Connectivity Establishment）：候选地址收集 + 选择最佳路径
📌 STUN（Session Traversal Utilities for NAT）：查询公网地址
📌 TURN（Traversal Using Relays around NAT）：在无法直连时使用中继

这些协议一起帮助穿越 NAT/firewall，使得 UDP 通路能够连通。 

3️⃣ 安全层：DTLS（Datagram TLS）

为了确保安全性和加密，WebRTC 在 UDP 之上使用 DTLS：

DTLS 是针对数据报（UDP）的 TLS 版本

负责密钥协商、身份验证、加密和完整性保护

WebRTC 的所有下层传输数据（RTP 或 SCTP）都通过 DTLS 进行保护。 

4️⃣ 媒体传输协议：RTP / SRTP

用于实时音视频媒体的关键协议：

📌 RTP（Real-time Transport Protocol）：负责实时媒体的数据传输
📌 SRTP（Secure RTP）：对 RTP 加上加密与安全保护

在 WebRTC 中：

RTP / SRTP 在 DTLS 握手后直接在 UDP 上运行

使用 SRTP 为媒体流加密提供安全性与完整性。 

5️⃣ 数据通道传输协议：SCTP over DTLS

WebRTC 的 DataChannel 用来传输可靠或非可靠的数据流（除音视频外的任意数据）：

📌 SCTP（Stream Control Transmission Protocol） --- 一种具有多流、可靠传输和消息边界的传输协议
📌 在 WebRTC 中并不直接跑在 IP，而是：
👉 SCTP 运行在 DTLS 之上，再在 UDP/IP 上承载。 

这层组合：
SCTP → DTLS → UDP → IP
允许在已建立 DTLS 安全通道内发送任意数据消息（如文本、文件、游戏数据等）。 

6️⃣ 信令（Signaling）

WebRTC 本身不规定信令协议

常见做法是使用 WebSocket / HTTP / HTTPS（基于 TCP）来交换 SDP /候选信息

这部分是为了协调会话参数，而不是数据传输通道。 

参考文献

https://ja.tech.jar.jp/webrtc/basics.html?utm_source=chatgpt.com

https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/WebRTC_API/Protocols?referrer=grok.com

https://webrtcforthecurious.com/docs/01-what-why-and-how/?referrer=grok.com

https://www.contus.com/blog/webrtc-protocol/?referrer=grok.com

https://getstream.io/glossary/webrtc-protocol/?referrer=grok.com

https://tonybai.com/2024/12/14/webrtc-first-lesson-how-connection-estabish/