图解webrtc服务器和用户之间的通信

前言

最近在推特上看到一个看起来挺不错的通过 webRTC 传输文件的项目,所以就想了解一下webRTC是如何传输信息的。

WebRTC是如何传输信息的

连接信令服务器：

想象用户A和用户B都想在网上进行视频聊天。首先，他们各自通过网络连接到一个共同的信令服务器。这个服务器的作用是帮助他们交换设置通话所需的信息。

建立通话意图：

用户A决定发起一个聊天，于是在信令服务器上创建一个“房间”，或者加入一个已经存在的房间。
信令服务器确认给用户A，房间已成功创建或加入。
然后，用户B也加入了这个相同的房间。信令服务器同样确认给用户B加入成功，并通知用户A，用户B已经加入房间。

交换媒体配置：

用户A的设备分析自己的摄像头和麦克风设置，然后创建一个包含这些媒体信息的offer（提议）。这个offer包含了视频和音频的详细信息，比如使用哪种编解码器，分辨率有多少等。
用户A把这个offer发送到信令服务器，服务器再转发给用户B。

响应和协商：

用户B收到offer后，根据自己的设备配置生成一个answer（应答），这个应答可能会接受用户A的提议，或者根据B的设备能力进行一些调整。
用户B将这个answer发送回信令服务器，服务器再转发给用户A。

网络细节交换：

接下来，用户A和用户B开始交换所谓的ICE候选，这些是网络连接的具体信息，包括他们各自的网络地址和端口。这个信息帮助他们确定如何在互联网上直接连接到对方。
信令服务器在这里起到中介的作用，帮助转发这些网络细节。

建立连接：

一旦双方都有了对方的网络细节，并且媒体配置协商完成，他们的设备就尝试直接连接。如果一切顺利，一个点对点的视频或音频通话就建立了。

进行通话：

现在，用户A和用户B可以直接通过他们的设备进行通话，数据不需要经过信令服务器，确保了通话的流畅和隐私。

流程图


sequenceDiagram
  participant A as 用户A
  participant S as 信令服务器
  participant B as 用户B

  A->>S: 连接到信令服务器
  B->>S: 连接到信令服务器
  A->>S: 创建房间
  S->>A: 确认房间创建
  B->>S: 加入房间
  S->>B: 确认加入房间
  S->>A: 通知用户B加入
  A->>A: 创建本地offer
  A->>S: 发送offer
  S->>B: 转发offer
  B->>B: 设置远程描述并创建answer
  B->>S: 发送answer
  S->>A: 转发answer
  A->>A: 设置远程描述
  loop 发送和接收ICE候选
      A->>S: 发送ICE候选
      S->>B: 转发ICE候选
      B->>S: 发送ICE候选
      S->>A: 转发ICE候选
  end
  A-->>B: 建立P2P连接
  Note over A,B: 可能进行多次ICE候选交换
  Note over A,B: 通话结束后的断开连接处理

信令服务器和ICE服务器的区别

信令服务器

信令服务器的主要功能是协调通信。在WebRTC中，虽然数据传输是直接在用户之间进行的（点对点），但在通信开始之前，用户设备之间需要交换一些信息，比如媒体的类型、数据格式、用户的IP地址等。这个过程称为信令。

信令服务器的作用包括：

用户发现与会话管理：帮助用户发现对方并建立通信会话。
信息交换：交换用于建立和管理通信会话的信息，如SDP描述（Session Description Protocol，会话描述协议）数据，这些数据描述了将要传输的媒体类型和参数。
指令传输：传送控制指令，如开始通话、结束通话等。

信令过程对于建立连接是必须的，但WebRTC标准本身并不定义使用哪种信令协议，开发者可以选择合适的方式，如WebSocket、XMPP等。

ICE服务器

ICE（Interactive Connectivity Establishment）是一个框架，用来处理NAT穿透问题，以便在复杂的网络环境下建立可靠的点对点通信通道。ICE服务器帮助WebRTC应用发现最佳的网络路径（可能通过NAT和防火墙）来建立连接。

ICE服务器的主要组成部分包括：

STUN（Session Traversal Utilities for NAT）服务器：帮助客户端发现其公共IP地址和端口，以及NAT的类型。
TURN（Traversal Using Relays around NAT）服务器：如果点对点连接失败，TURN服务器将作为中继，帮助数据在两端之间传输。

ICE过程大致如下：

客户端使用STUN服务器来了解自己的公网地址。
如果直接的P2P连接不可行，客户端将使用TURN服务器作为数据传输的中继。

总结来说，信令服务器主要用于在参与者之间交换必要的信息以建立连接，而ICE服务器则用于处理实际的网络连接，特别是在复杂的NAT环境下确保连接的建立。两者都是WebRTC实现点对点通信的重要组成部分。