WebRTC点对点通信的有趣故事

WebRTC给我们带来了浏览器中的视频、音频聊天体验。但个人认为,它最实用的特性莫过于DataChannel——在浏览器之间建立一个点对点的数据通道。在DataChannel之前,浏览器到浏览器的数据传递通常是这样一个流程:浏览器1发送数据给服务器,服务器处理,服务器再转发给浏览器2。这三个过程都会带来相应的消耗,占用服务器带宽不说,还减缓了消息从发送到接收的时间。其实最理想的方式就是浏览器1直接与浏览2进行通信,服务器不需要参与其中。WebRTC DataChannel就提供了这样一种方式。

老刘和老姚

当然服务器完全不参与其中,显然是不可能的,用户需要通过服务器上存储的信息,才能确定需要和谁建立连接。这里通过一个故事来讲述建立连接的过程:

不如钓鱼去

一些背景:

  • 老刘和老姚都住在同一个小区但不同的片区,小区很破旧,没有电话
  • 片区相互隔离且片区门口有个保安,保安只认识自己片区的人,遇到不认识的人就需要查询凭证才能通过,而凭证需要找物业才能确定
  • 门卫老大爷认识小区里的所有人但是不知道都住哪,有什么消息都可以在出入小区的时候代为传达

现在,老刘听说老姚钓鱼技术高超,想和老姚讨论钓鱼技巧。只要老刘和老姚相互之间知道对方的门牌号以及凭证,就可以串门了:

  1. 门卫老大爷认识老刘和老姚
  2. 老刘找物业确定了自己片区的出入凭证,将凭证、自己的门牌号以及意图告诉门卫老大爷,让其转交给老姚
  3. 老姚买菜归来遇到门卫老大爷,门卫老大爷将老刘的消息传达给老姚。于是老姚知道怎么去老刘家了
  4. 老姚很开心,他也找物业获取了自己小区的凭证,并将凭证、自己的门牌号等信息交给门卫老大爷,希望他传达给老刘
  5. 老刘吃早餐回来遇到门卫老大爷,老大爷把老姚的小区凭证、门牌号等信息告诉老刘,这样老刘就知道了怎么去老姚家了

老刘和老姚相互之间知道了对方的门牌号和小区出入凭证,他们相互之间有什么需要交流的直接串门就行了,消息不再需要门卫老大爷来代为传达了

换个角度

我们把角色做一个映射:

  • 老刘:浏览器1
  • 老姚:浏览器2
  • 片区:不同网段
  • 保安:防火墙
  • 片区凭证:ICE candidate
  • 物业:ICE server
  • 门牌号:session description
  • 门卫老大爷:server

于是乎故事就变成了这样:

  1. 浏览器1和浏览器2在server上注册,并保有连接
  2. 浏览器1从ice server获取ice candidate并发送给server,并生成包含session description的offer,发送给server
  3. server发送浏览器1的offer和ice candidate给浏览器2
  4. 浏览器2发送包含session description的answer和ice candidate给server
  5. server发送浏览器2的answer和ice candidate给浏览器1

这样,就建立了一个点对点的信道,流程如下所示:

代码实现

//使用Google的stun服务器
var iceServer = {
    "iceServers": [{
        "url": "stun:stun.l.google.com:19302"
    }]
};
//兼容浏览器的getUserMedia写法
var getUserMedia = (navigator.getUserMedia ||
                    navigator.webkitGetUserMedia || 
                    navigator.mozGetUserMedia || 
                    navigator.msGetUserMedia);
//兼容浏览器的PeerConnection写法
var PeerConnection = (window.PeerConnection ||
                    window.webkitPeerConnection00 || 
                    window.webkitRTCPeerConnection || 
                    window.mozRTCPeerConnection);
//与后台服务器的WebSocket连接
var socket = __createWebSocketChannel();
//创建PeerConnection实例
var pc = new PeerConnection(iceServer);
//发送ICE候选到其他客户端
pc.onicecandidate = function(event){
    socket.send(JSON.stringify({
        "event": "__ice_candidate",
        "data": {
            "candidate": event.candidate
        }
    }));
};
//如果检测到媒体流连接到本地,将其绑定到一个video标签上输出
pc.onaddstream = function(event){
    someVideoElement.src = URL.createObjectURL(event.stream);
};
//获取本地的媒体流,并绑定到一个video标签上输出,并且发送这个媒体流给其他客户端
getUserMedia.call(navigator, {
    "audio": true,
    "video": true
}, function(stream){
    //发送offer和answer的函数,发送本地session描述
    var sendOfferFn = function(desc){
            pc.setLocalDescription(desc);
            socket.send(JSON.stringify({ 
                "event": "__offer",
                "data": {
                    "sdp": desc
                }
            }));
        },
        sendAnswerFn = function(desc){
            pc.setLocalDescription(desc);
            socket.send(JSON.stringify({ 
                "event": "__answer",
                "data": {
                    "sdp": desc
                }
            }));
        };
    //绑定本地媒体流到video标签用于输出
    myselfVideoElement.src = URL.createObjectURL(stream);
    //向PeerConnection中加入需要发送的流
    pc.addStream(stream);
    //如果是发送方则发送一个offer信令,否则发送一个answer信令
    if(isCaller){
        pc.createOffer(sendOfferFn);
    } else {
        pc.createAnswer(sendAnswerFn);
    }
}, function(error){
    //处理媒体流创建失败错误
});
//处理到来的信令
socket.onmessage = function(event){
    var json = JSON.parse(event.data);
    //如果是一个ICE的候选,则将其加入到PeerConnection中,否则设定对方的session描述为传递过来的描述
    if( json.event === "__ice_candidate" ){
        pc.addIceCandidate(new RTCIceCandidate(json.data.candidate));
    } else {
         pc.setRemoteDescription(new RTCSessionDescription(json.data.sdp));
    }
}; 

通过ICE框架建立NAT/防火墙穿越的连接

这个网络地址应该是能从外界直接访问,WebRTC使用ICE框架来获得这个地址。RTCPeerConnection在创立的时候可以将ICE服务器的地址传递进去,如:

var iceServer = {
    "iceServers": [{
        "url": "stun:stun.l.google.com:19302"
    }]
};
var pc = new RTCPeerConnection(iceServer);

当然这个地址也需要交换,还是以甲乙两位为例,交换的流程如下(RTCPeerConnection简称PC):

  1. 甲、乙各创建配置了ICE服务器的PC实例,并为其添加onicecandidate事件回调
  2. 当网络候选可用时,将会调用onicecandidate函数
  3. 在回调函数内部,甲或乙将网络候选的消息封装在ICE Candidate信令中,通过服务器中转,传递给对方
  4. 甲或乙接收到对方通过服务器中转所发送过来ICE Candidate信令时,将其解析并获得网络候选,将其通过PC实例的addIceCandidate()方法加入到PC实例中

这样连接就创立完成了,可以向RTCPeerConnection中通过addStream()加入流来传输媒体流数据。将流加入到RTCPeerConnection实例中后,对方就可以通过onaddstream所绑定的回调函数监听到了。调用addStream()可以在连接完成之前,在连接建立之后,对方一样能监听到媒体流

RTCPeerConnection 的属性 onicecandidate (是一个事件触发器 EventHandler) 能够让函数在事件icecandidate发生在实例  RTCPeerConnection 上时被调用。 只要本地代理ICE 需要通过信令服务器传递信息给其他对等端时就会触发。 这让本地代理与其他对等体相协商而浏览器本身在使用时无需知道任何详细的有关信令技术的细节,只需要简单地应用这种方法就可使用您选择的任何消息传递技术将ICE候选发送到远程对等方。

注意:创建offer时要同时发送打洞服务器配置信息,WebRTC给了一个监听

peerConnection.onicecandidate = function (event) {
    console.log("发送打洞服务器配置信息");
}

返回的参数event中有一个candidate属性,便是打洞服务器的配置信息。

示意图:
WebRTC点对点通信的有趣故事_第1张图片

说明:
【通过offer和answer交换SDP描述符】
大致上在两个用户(甲和乙)之间建立点对点连接流程应该是这个样子(这里不考虑错误的情况,RTCPeerConnection简称PC):

  1. 甲和乙各自建立一个PC实例
  2. 甲通过PC所提供的createOffer()方法建立一个包含甲的SDP描述符的offer信令
  3. 甲通过PC所提供的setLocalDescription()方法,将甲的SDP描述符交给甲的PC实例
  4. 甲将offer信令通过服务器发送给乙
  5. 乙将甲的offer信令中所包含的的SDP描述符提取出来,通过PC所提供的setRemoteDescription()方法交给乙的PC实例
  6. 乙通过PC所提供的createAnswer()方法建立一个包含乙的SDP描述符answer信令
  7. 乙通过PC所提供的setLocalDescription()方法,将乙的SDP描述符交给乙的PC实例
  8. 乙将answer信令通过服务器发送给甲
  9. 甲接收到乙的answer信令后,将其中乙的SDP描述符提取出来,调用setRemoteDescripttion()方法交给甲自己的PC实例

通过在这一系列的信令交换之后,甲和乙所创建的PC实例都包含甲和乙的SDP描述符了,完成了两件事的第一件。我们还需要完成第二件事——获取连接两端主机的网络地址

WebRTC核心思想:

两个客户端相互通信需要传递ICE候选人信息,第一次通信的时候通过socketio发送自己的信息到服务器,服务器再转发给监听的用户。

然后有一个监听信令的,会将对方的信令添加到自己的候选人里。这样两者都知道彼此的IP和端口号,这样就可以直接通信了,不需要经过服务器。


原文地址:
使用WebRTC搭建前端视频聊天室——点对点通信篇
WebRTC基于浏览器的开发

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