RTP协议基础

news2024/11/27 18:40:52

概述

1. 基本概念

        RTP协议,全称为Real-time Transport Protocol(实时传输协议)是一种用于在IP网络上传输音频、视频等实时数据的网络协议。

        在流媒体(流媒体就是指可在线/实时观看音视频的互联网产品数据传输过程中,为保障音视频流的实时传输,需采用RTP和RTCP协议。RTP用来为IP网上的语音、图像、传真等多种需要实时传输的多媒体数据提供端到端的实时传输服务但本身无法保证服务质量,因此,需要配合实时传输控制协议(RTCP)一起使用。

        RTP使用的端口是系统端口(即1024~65535)除外选一个未被使用的偶数UDP端口号,而在同一次会话中的RTCP则使用下一个奇数UDP端口号,端口号5004和5005分别用作RTP和RTCP的默认端口号。

        实际上,RTP只是一个协议框架,它只包含了实时应用的一些共用功能,RTP自己并不对多媒体数据块做任何处理,而只是向应用层提供一些附加信息,让应用层知道应当如何进行处理比如wireshark工具可以分析处理rtp流)。

2. 工作层级

        RTP协议可以归为应用层,因为从开发者的角度看,在应用程序的发送端和接收端,开发者必须编写用RTP封装分组和获取数据块的程序代码。RTP也可以认为是运输层协议,因为RTP封装了多媒体应用的数据块,并且向多媒体应用程序提供了服务(时间戳和序号),因此也可以把RTP看成是在UDP之上的一个运输层子层的协议。

二. rtp消息体

        当我们说“RTP协议”时,我们指的是一个包含了报头结构和有效载荷(Payload封装规则的完整协议。报头显示了一些基本信息和定义了一些基本规则;有效载荷作为RTP报文的一部分,是实际传输的多媒体数据这些数据在发送前被封装在RTP报文中,并在接收端被解封装出来,以便进行后续的解码和播放处理。

        更准确的说法是:有效载荷是RTP报文中的一个重要组成部分,它承载了实际要传输的多媒体数据,而RTP协议则定义了包括有效载荷在内的整个RTP报文的结构和封装规则。

1. 固定头部字段

  • 版本号(V):2比特,当前协议版本号为2标识使用的RTP版本

        重要性:版本号字段的唯一有意义的用途是作为数据包有效性检查的一部分。如果丢失,机器无法判断该数据包是否有效,可能会丢弃该数据包。

  • 填充标志(P):1比特,如果设置P=1,表明数据包尾部有一些额外的填充字节这些字节不是有效载荷的一部分。填充主要用于某些特定场景,如使用特定块大小的加密方案,或使有效载荷格式适应固定容量信道。

        重要性:如果填充部分丢失,可能会导致加密失效,有效载荷格式与信道不匹配。

  • 扩展标志(X):1比特,如果设置X=1,表明在固定头部之后还有一个扩展头部。扩展报头允许各个实现尝试新的与有效负载格式无关的功能。

        重要性:如果置1的情况下,头部扩展内容将变得无法识别,影响数据包的解析。

  • CSRC计数(CC):4比特,表示CSRC(贡献源)标识符的数量
  • 标记(M):1比特,用于特定类型的应用程序,如标识关键帧。

        重要性:丢失此字段可能会影响帧完整性的检测,但音频流可以通过序列号和时间戳的变化来检测帧的开始。 

  •  有效载荷类型Payload Type(PT)(7bit)

        这个字段指出后面的RTP数据属于何种格式的应用。收到RTP分组的应用层就根据此字段指出的类型进行处理。Payload Type 的具体含义取决于具体的音视频编码格式,即在sdp交互的过程中发送方和接收方需要约定相应的编码器和解码器,该编码器/解码器的编号即为负载类型。该值不但说明了rtp包传输的数据是音频还是视频,害指明了应该使用什么解码器解码

对于视频有效载荷:H.261(31)、MPEG1(32)、MPEG1(33)等。

对于音频有效载荷:G.711U, G.711A, G.729, G.723, G.722等。

重要性:如果丢失,接收端将无法解码该RTP包,该RTP包将被丢弃

  • 序号Sequence number(16bit)

        用于标识发送者发送的RTP报文序列号。对每一个发送的RTP分组,其序号加1。当达到最大值(65535)后,重新从0开1在一次RTP会话开始时的初始序号是随机选择的。

注解【1】:2的16次方=65536,从0开始标记:0-65535

重要性:序号使接收端能够发现丢失的分组,同时也能将失序的RTP分组重新按序排列好。如果丢失,则无法进行排序,可能会导致数据包被丢弃。

  • 时间戳(32bit)

        反映了RTP分组中数据的第一个字节的采样时刻。在一次会话开始时间戳的初始值也是随机选择的。即使在没有信号发送时,时间戳的数值也要随时间而不断地增加。

重要性:时间戳可以用来消除抖动以及同步音视频。如果丢失,接收端可能无法正确排序和播放媒体。

  • 同步信源(SSRC)32bit

        用于标识同步信源。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。这里的同步信源是指产生媒体流的信源,例如麦克风、摄像机等,它通过RTP报头中的一个32位数字SSRC标识符来标识,而不依赖于网络地址,接收者将根据SSRC标识符来区分不同的信源,进行RTP报文的分组。

重要性:如果丢失,接收端将无法确认RTP包的来源,可能无法进行分组和播放。

拓展:[Extended sequence number: 65538] 头部字段

        在RTP(实时传输协议)协议中,并没有直接称为“Extended sequence number”的字段。然而,在处理RTP报文的序列号(Sequence Number)时,确实存在一种机制来扩展序列号的范围,以便在序列号翻转时仍能准确计算丢包率和网络性能指标。

1)序列号的限制与翻转

  • RTP报文中的序列号是一个16位的字段,其取值范围从0到65535。
  • 当序列号达到65535后,会翻转回0,这是由序列号的位数限制所决定的

2)处理序列号翻转的方法

        由于它在达到65535后会翻转回0,在同一个SSRC中,出现相同序列号的rtp报文这可能导致在计算丢包率时出现混淆

  • 为了在序列号翻转时仍能准确计算丢包率和网络性能指标,接收端需要维护一个额外的计数器(如wrap-around counter),用于记录序列号翻转的次数。
  • 通过将接收到的序列号与翻转次数相结合,可以计算出所谓的“扩展序列号”(Extended sequence number),尽管在RTP协议本身中并没有直接定义这个字段。

3)扩展序列号的计算

        假设seq_num是当前接收到的RTP报文的序列号,wrap_around_count是序列号翻转的次数。则扩展序列号(Extended sequence number)可以通过以下公式计算:

extended_seq_num = seq_num + (65536 * wrap_around_count)

2. Rtp数据部分:Payload字段(有效载荷)

        有效载荷是RTP报文的核心内容,用于封装实际要传输的多媒体数据(如音频、视频等)。

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