安全可靠的SRT实时传输协议

news2024/9/21 20:38:44

Secure Reliable Transport(SRT)是安全、可靠、低延时的多媒体实时传输协议。SRT协议使用AES进行数据加密，运用FEC进行前向纠错，并且有流量控制、拥塞控制。类似于QUIC协议，SRT采用UDP代替TCP，在应用层提供发送确认机制、ARQ自动重传，减少端到端的延迟。

SRT探测实时网络带宽状况，有利于补偿网络拥塞引起的jitter网络抖动和带宽下降。为了实现低延迟码流传输，SRT协议会携带delay、jitter、丢包等信息。SRT提供多路复用机制，允许多个请求共享相同的端口。

一、数据包结构

SRT的数据包分为data和control两种类型，结构如下：

1、data packet

data数据包格式如下：

Packet Sequence Number：占31位，序列号。

PP：占2位，数据包位置标志位。“10”代表第一个数据包，“00”代表中间数据包，“01”代表最后一个数据包，“11”代表单个数据包。

O：占1位，顺序标志位。

KK：占2位，加密密钥标志位。“00”代表不用加密，“01”代表偶数密钥，“10”代表奇数密钥。

R：占1位，重传包标志位。

Message Number：占26位，消息的序列号。

Timestamp：占32位，时间戳。

Destination Socket ID：占32位，目标socket标识。

2、control packet

控制数据包格式如下：

Control Type：占15位，控制包类型。

Subtype：占16位，特定数据包类型。

Type-specific Information：占32位，特定数据包信息。

Timestamp：占32位，时间戳。

Destination Socket ID：占32位，目标socket标识。

Control Information Field：有效长度。

其中，Control Type控制包类型如下表所示：

二、Handshake

1、握手数据包结构

Handshake握手属于控制包类型(control type=0x0000)，用于交换双方配置信息、连接参数。握手的数据包结构如下：

2、加密算法

其中，Encryption Field包括AES的128位、192位和256位，如下表所示：

3、握手类型

握手类型占32位，类型如下：

三、Keep-Alive

Keep-Alive属于控制包，在上一次数据包超时后发送，用于心跳保活。结构如下：

四、ACK于NAK

1、ACK确认应答

Acknowledgment(ACK) 属于控制包，用于表示数据包到达确认。所有ACK包可能会携带额外信息，比如RTT、链路容量、传输速率。ACK控制包结构如下：

其中，ACK包类型包括：

Full ACK：每10ms发送一次
Light ACK：仅保护应答包序号
Small ACK：可用缓冲区大小

2、NAK否定应答

Negative Acknowlegement(NAK)也是属于控制包，用于表示否定应答(没有收到数据包)。与TCP的NACK否定应答不同的是，SRT采用NAK表示否定应答。NAK控制包结构如下：

五、丢包请求

Message Drop Request用于丢包请求，比如TTL触发一个或多个数据包重传超时。发送端发起丢包请求，告诉接收端这些数据包要丢弃。结构如下：

六、拥塞控制

拥塞控制包括两种类型：Live Congestion Control(LiveCC)和File Congestion Control(FileCC)。

1、慢启动

Slow Start，慢启动阶段，拥塞窗口CWND_SIZE初始化为16。拥塞窗口上限为MAX_CWND_SIZE，最大接收缓冲区为12MB。

ACK包的经历步骤如下：

如果上次发送速率的间隔小于RC_INTERVAL，保持当前发送速率
更新lastRCTime: lastRCTime = currTime
更新拥塞窗口大小：CWND_SIZE += ACK_SEQNO - LAST_ACK_SEQNO
更新上次ACK序号：LAST_ACK_SEQNO = ACK_SEQNO
如果CWND_SIZE > MAX_CWND_SIZE，进入拥塞避免阶段

如果接收到NAK包，或者RTO重传超时，也会结束慢启动，进入拥塞避免。

2、拥塞避免

拥塞避免阶段，收到ACK包经历的步骤如下：

如果上次发送速率的间隔小于RC_INTERVAL，保持当前发送速率
更新lastRCTime: lastRCTime = currTime
更新拥塞窗口大小:CWND_SIZE = RECEIVE_RATE * (RTT + RC_INTERVAL) / 1000000 + 16
如果发生丢包，PKT_SND_PERIOD保持不变，bLoss置为False
如果没有丢包，更新PKT_SND_PERIOD
如果设置最大带宽MAX_BW，则限制PKT_SND_PERIOD为最小允许周期

其中PKT_SND_PERIOD计算公式如下：

 inc = 0;
 lossBandwidth = 2 * (1000000 / LastDecPeriod);
 linkCapacity = min(lossBandwidth, EST_LINK_CAPACITY);
 B = linkCapacity - 1000000 / PKT_SND_PERIOD;
 if ((PKT_SND_PERIOD > LastDecPeriod) && ((linkCapacity / 9) < B))
 B = linkCapacity / 9;
 if (B <= 0)
   inc = 1 / S;
 else
 {
   inc = pow(10.0, ceil(log10(B * S * 8))) * 0.0000015 / S;
   inc = max(inc, 1 / S);
 }
 PKT_SND_PERIOD = (PKT_SND_PERIOD * RC_INTERVAL) /
 (PKT_SND_PERIOD * inc + RC_INTERVAL);