SRS4.0之RTMP轉WebRTC05 ---- ICE交互分析

簡介

ICE全稱Interactive Connectivity Establishment：交互式連通建立方式。
ICE參照RFC5245建議實現，是一組基於offer/answer模式解決NAT穿越的協議集合。
它綜合利用現有的STUN，TURN等協議，以更有效的方式來建立會話。
ICE介紹
1.ICE的角色
分為 controlling和controlled。
Offer 一方為controlling角色，answer一方為controlled角色。
2.ICE的模式
分為FULL ICE和Lite ICE：
FULL ICE:是雙方都要進行連通性檢查，完成的走一遍流程。
Lite ICE: 在FULL ICE和Lite ICE互通時，只需要FULL ICE一方進行連通性檢查， Lite一方只需回應response消息。這種模式對於部署在公網的設備比較常用。
3.Candidate
媒體傳輸的候選地址，組成candidate pair做連通性檢查,確定傳輸路徑，有如下屬性：
Type 類型
Host: 這個地址是一個真實的主機，參數中的地址和端口對應一個真實的主機地址, 這個地址來源於本地的物理網卡或邏輯網卡上的地址，對於具有公網地址或者同一內網的端可以用。
Srvflx：這個地址是通過Cone NAT（錐形NAT）反射的類型，參數中的地址和端口是端發送 Binding 請求到 STUN/TURN server 經過NAT時，NAT 上分配的地址和端口。
Relay：這個地址是端發送 Allocate 請求到 TURN server ，由 TURN server 用於中繼的地址和端口，該地址和端口是 TURN 服務用於在兩個對等點之間轉發數據的地址和端口，是一個中繼地址端口。這個地址是端發送 Allocate 請求到 TURN server ，由 TURN server 用於中繼的地址和端口（這個可能是本機或 NAT 地址)
Prflx：這個地址是通過 發送STUN Binding時，通過Binding獲取到的地址。在建連檢查期間新發生，參數中的地址和端口是端發送 Binding 請求到 STUN/TURN server 經過 NAT 時，NAT 上分配的地址和端口。這個地址是端發送 Binding 請求到對等端經過 NAT 時，NAT 上分配的地址和端口
Componet ID
傳輸媒體的類型,1代表RTP;2代表 RTCP。
WebRTC采用Rtcp-mux方式，也就是RTP和RTCP在同一通道內傳輸，減少ICE的協商和通道的保活。
Priority
Candidate的優先級。
如果考慮延時，帶寬資源，丟包的因素，Type優先級高低一般建議如下順序：
host > srvflx > prflx > relay
Base
是指candidate 的基礎地址。
Srvflx address 的base 是本地host address。
host address和 relayed address 的base 是自身

交互抓包分析
SRS的交互相對比較簡單，我們抓包分析一下：

主要分為兩個部分：
1.通過HTTP請求，通過SDP實現ICE信息交互
2.使用STUN發送連通性檢查請求

SDP的ICE信息
這里audio和video一樣，只取audio

offer: 

a=ice-ufrag:PA7e
// 客戶端用戶名
a=ice-pwd:F1o3tHlhk6OPBtXo8IdhZCRH
// 客戶端密碼
a=ice-options:trickle
// trickle方式表示媒體信息和ice后選項的信息可以分開傳輸

answer:

a=ice-lite
// SRS是Lite ICE，只需要響應客戶端的Binding請求
a=ice-ufrag:8p42d118
// SRS端用戶名
a=ice-pwd:ok61un195fg8q8083yy06247w0xg483s
// SRS端密碼
a=candidate:0 1 udp 2130706431 10.151.3.77 8000 typ host generation 0
//  {foundation} {component} {protocol} {priority} {ip} {port} typ {type} {generation}
// 0 [foundation] : 標識符，用來識別兩個candidate是否相等
// 1 [component] : 傳輸媒體類型 1表示RTP
// ubp [protocol] : 協議類型
// 2130706431 [priority] : 優先級
// 10.151.3.77 [ip] : ip地址
// 8000 [port] : 端口
// host [type] : host類型，表示這是真實的主機地址
// generation : 代數。初始值是0，然后會不斷+1，大的代數會覆蓋掉低代數的候選地址。更新candidate的時候會+1，替換老的candidate

STUN消息格式
Stun Header:固定20個字節

 

 STUN Message Type（14bits）：消息類型。定義消息類型如下：

C1和C0兩位表示類的編碼：00表示request 01表示indication 10表示success response 11表示error response

常見類型：

0x0001 : Binding Request

0x0101 : Binding Response

0x0111 : Binding Error Response

Message Length（16bits）:消息長度，不包含STUN Header的20個字節。

Magic Cookie（32bits）:固定值0x2112A442，用於反射地址的異或（XOR）運算。

Transaction ID（96bits）:事務ID標識符，請求對應的響應具有相同的標識符。

STUN屬性類型

STUN 消息頭后跟着多個屬性，每個屬性都采用 TLV 編碼，type 為 16 位的類型、lenght 為 16 位的長度、value 為屬性值。

STUN的連通性請求

Request:
USERNAME：用戶名，規則為“對端的ice-ufrag : 自己的ice-ufrag”。
ICE-CONTROLLING: 表示發起方，Tie breaker用來處理角色沖突，當沖入時，這個值大的為controlling
PRIORITY：優先級
MESSAGE-INTEGRITY：STUN 消息的 HMAC-SHA1 值，長度 20 字節，用於消息完整性認證。
FINGERPRINT：指紋認證，此屬性可以出現在所有的 STUN 消息中，該屬性用於區分 STUN 數據包與其他協議的包。

Response:

XOR-MAPPED-ADDRESS: 用於表示客戶端外部IP地址，如果沒有NAT，那么外部IP地址和內部IP地址是相同的。前8位保留，之后8位用於表示IP類型（IPV4/6）。之后16位表示端口號。這里強制使用IPV4版本，所以Address是32位：

 

Family：IP類型，0x01-IPV4、0x02-IPV6。
Port：端口。
Address：IP地址

SRS處理

代碼處理比較簡單

Request:

srs_error_t SrsStunPacket::decode(const char* buf, const int nb_buf)
{
    srs_error_t err = srs_success;

    SrsBuffer* stream = new SrsBuffer(const_cast<char*>(buf), nb_buf);
    SrsAutoFree(SrsBuffer, stream);

    if (stream->left() < 20) {
        return srs_error_new(ERROR_RTC_STUN, "invalid stun packet, size=%d", stream->size());
    }

    // 消息類型
    message_type = stream->read_2bytes();
    // 消息長度（不包含header 20bytes）
    uint16_t message_len = stream->read_2bytes();
    // 固定值 0x2112A442
    string magic_cookie = stream->read_string(4);
    // 事務ID標識符
    transcation_id = stream->read_string(12);

    if (nb_buf != 20 + message_len) {
        return srs_error_new(ERROR_RTC_STUN, "invalid stun packet, message_len=%d, nb_buf=%d", message_len, nb_buf);
    }
    
    while (stream->left() >= 4) {
        uint16_t type = stream->read_2bytes();
        uint16_t len = stream->read_2bytes();

        if (stream->left() < len) {
            return srs_error_new(ERROR_RTC_STUN, "invalid stun packet");
        }

        string val = stream->read_string(len);
        // padding
        if (len % 4 != 0) {
            stream->read_string(4 - (len % 4));
        }

        switch (type) {
            // 對端的ice-ufrag : 自己的ice-ufrag
            case Username: {
                username = val;
                size_t p = val.find(":");
                if (p != string::npos) {
                    local_ufrag = val.substr(0, p);
                    remote_ufrag = val.substr(p + 1);
                }
                srs_trace("stun recv:%s", username.c_str());
                break;
            }
            
            case UseCandidate: {
                use_candidate = true;
                srs_verbose("stun use-candidate");
                break;
            }

            // @see: https://tools.ietf.org/html/draft-ietf-ice-rfc5245bis-00#section-5.1.2
            // One agent full, one lite:  The full agent MUST take the controlling
            // role, and the lite agent MUST take the controlled role.  The full
            // agent will form check lists, run the ICE state machines, and
            // generate connectivity checks.
            // 表示受控方
            case IceControlled: {
                ice_controlled = true;
                srs_verbose("stun ice-controlled");
                break;
            }
            // 表示發起方
            case IceControlling: {
                ice_controlling = true;
                srs_verbose("stun ice-controlling");
                break;
            }
            
            default: {
                srs_verbose("stun type=%u, no process", type);
                break;
            }
        }
    }

    return err;
}

Response:

srs_error_t SrsStunPacket::encode_binding_response(const string& pwd, SrsBuffer* stream)
{
    srs_error_t err = srs_success;

    string property_username = encode_username();
    string mapped_address = encode_mapped_address();
    // 消息類型0x0101
    stream->write_2bytes(BindingResponse);
    // 消息長度（不包含頭20字節）
    stream->write_2bytes(property_username.size() + mapped_address.size());
    // 固定值0x2112A442
    stream->write_4bytes(kStunMagicCookie);
    // 事務ID標識符
    stream->write_string(transcation_id);
    // 用戶名
    stream->write_string(property_username);
    // 外部IP地址
    stream->write_string(mapped_address);
    stream->data()[2] = ((stream->pos() - 20 + 20 + 4) & 0x0000FF00) >> 8;
    stream->data()[3] = ((stream->pos() - 20 + 20 + 4) & 0x000000FF);
    // sha1加密
    char hmac_buf[20] = {0};
    unsigned int hmac_buf_len = 0;
    if ((err = hmac_encode("sha1", pwd.c_str(), pwd.size(), stream->data(), stream->pos(), hmac_buf, hmac_buf_len)) != srs_success) {
        return srs_error_wrap(err, "hmac encode failed");
    }

    string hmac = encode_hmac(hmac_buf, hmac_buf_len);

    stream->write_string(hmac);
    stream->data()[2] = ((stream->pos() - 20 + 8) & 0x0000FF00) >> 8;
    stream->data()[3] = ((stream->pos() - 20 + 8) & 0x000000FF);
    // 指紋認證
    uint32_t crc32 = srs_crc32_ieee(stream->data(), stream->pos(), 0) ^ 0x5354554E;

    string fingerprint = encode_fingerprint(crc32);

    stream->write_string(fingerprint);

    stream->data()[2] = ((stream->pos() - 20) & 0x0000FF00) >> 8;
    stream->data()[3] = ((stream->pos() - 20) & 0x000000FF);
    
    return err;
}

 

 

參考文檔
按照時間順序：

stun（rfc 3489） : https://tools.ietf.org/html/rfc3489
stun（rfc 5389，從rfc 3489演變來的） : https://tools.ietf.org/html/rfc5389
ice : https://tools.ietf.org/html/rfc5245