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  • 流媒体协议(二):RTMP协议

    一、概念与摘要

    RTMP协议从属于应用层,被设计用来在适合的传输协议(如TCP)上复用和打包多媒体传输流(如音频、视频和互动内容)。RTMP提供了一套全双工的可靠的多路复用消息服务,类似于TCP协议[RFC0793],用来在一对结点之间并行传输带时间戳的音频流,视频流,数据流。通常情况下,不同类型的消息会被分配不同的优先级,当网络传输能力受限时,优先级用来控制消息在网络底层的排队顺序。

    二、RTMP块流

    实时消息传递协议块流(RTMP块流)。它作为一款高级多媒体流协议提供了流的多路复用和打包服务。RTMP块流被设计用来传输实时消息协议,它可以使用任何协议来发送消息流。每个消息都包含时间戳和有效类型标识。RTMP块流和RTMP适用于各种视听传播的应用程序,包括一对一的,和一对多的视频直播、点播服务、互动会议应用程序。

    当使用一个可靠的传输协议如TCP[RFC0793]时,RTMP块流提供了一种可以在多个流中,基于时间戳的端到端交付所有消息的方法。RTMP块流不提供任何优先级或类似形式的控制,但可以使用更高级别的协议来提供这样的优先级。例如,一个视频服务器可以根据发送的时间或确认每个消息的时间,来决定为一个网络差的用户丢弃视频信息,以确保音频信息的及时接收。

    RTMP块流不仅包含了自己的协议控制信息,同时也提供了一个更高级别的协议机制,用来嵌入用户控制信息。

    消息格式

    消息格式可以被分割成多个块,用来在更高的协议中支持多路复用。在创建块消息格式时,应该包含以下字段:

    时间戳
    消息的时间戳。这个字段占用4字节。

    长度
    消息的有效长度。如果消息头不能被忽略,它应该包括长度。这个字段在块头中占用3字节。

    类型ID
    各种类型的协议控制消息的ID。这些消息使用RTMP块流协议和更高级别的协议来传输信息。所有其他类型的ID可以用在高级协议,这对于RTMP块流来说,是不透明的。事实上,RTMP块流中没有要求使用这些值作为类型;所有(无协议的)消息可能是相同的类型,或者应用程序使用这个字段来区分多个连接,而不是类型。这个字段在块头中占用1字节。

    消息流ID
    消息流ID可以是任意值。当同一个块流被复用到不同的消息流中时,可以通过消息流ID来区分它们。另外,对于RTMP块流而言,这是一个不透明值。该字段占用4字节,使用小端序。

    握手

    RTMP连接从握手开始。它包含三个固定大小的块,不像其他的协议,是由头部大小可变的块组成的。

    客户端(初始化连接的一端)和服务端发送同样的三个块。为了方便描述,客户端发送的三个块命名为C0,C1,C2;服务端发送的三个块命名为S0,S1,S2。  

    握手序列

    客户端通过发送C0和C1消息来启动握手过程。客户端必须接收到S1消息,然后发送C2消息。客户端必须接收到S2消息,然后发送其他数据。

    服务端必须接收到C0或者C1消息,然后发送S0和S1消息。服务端必须接收到C1消息,然后发送S2消息。服务端必须接收到C2消息,然后发送其他数据。

    C0和S0格式

    C0和S0包由一个字节组成,下面是C0/S0包内的字段:

                                  0 1 2 3 4 5 6 7
                                 +-+-+-+-+-+-+-+-+
                                 |   version     |
                                 +-+-+-+-+-+-+-+-+
                                  C0 and S0 bits

    版本(8比特)
    在C0包内,这个字段代表客户端请求的RTMP版本号。在S0包内,这个字段代表服务端选择的RTMP版本号。此文档使用的版本是3。版本0-2用在早期的产品中,现在已经被弃用;版本4-31被预留用于后续产品;版本32-255(为了区分RTMP协议和文本协议,文本协议通常以可打印字符开始)不允许使用。如果服务器无法识别客户端的版本号,应该回复版本3。客户端可以选择降低到版本3,或者中止握手过程。

    C1和S1格式

    C1和S1包长度为1536字节,包含以下字段:

          0                   1                   2                   3
          0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         |                        time (4 bytes)                         |
         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         |                        zero (4 bytes)                         |
         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         |                        random bytes                           |
         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         |                         random bytes                          |
         |                            (cont)                             |
         |                             ....                              |
         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                                  C1 and S1 bits
    

    时间(4字节)
    本字段包含一个时间戳,客户端应该使用此字段来标识所有流块的时刻。时间戳取值可以为零或其他任意值。为了同步多个块流,客户端可能希望多个块流使用相同的时间戳。

    零(4字节)
    本字段必须为零。

    随机数据(1528字节)
    本字段可以包含任意数据。由于握手的双方需要区分另一端,此字段填充的数据必须足够随机(以防止与其他握手端混淆)。不过没必要为此使用加密数据或动态数据。

    C2和S2格式

    C2和S2包长度为1536字节,作为C1和S1的回应,包含以下字段:

          0                   1                   2                   3
          0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         |                        time (4 bytes)                         |
         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         |                       time2 (4 bytes)                         |
         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         |                        random echo                            |
         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
         |                         random echo                           |
         |                            (cont)                             |
         |                             ....                              |
         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
                                  C2 and S2 bits
    

    时间(4字节)
    本字段必须包含对端发送的时间戳。

    时间(4字节)
    本字段必须包含时间戳,取值为接收对端发送过来的握手包的时刻。

    随机数据(1528字节)
    本字段必须包含对端发送过来的随机数据。握手的双方可以使用时间1和时间2字段来估算网络连接的带宽和/或延迟,但是不一定有用。

    三、RMTP握手

    握手过程示意图

    +-------------+                           +-------------+
    |    Client   |       TCP/IP Network      |    Server   |
    +-------------+            |              +-------------+
          |                    |                     |
    Uninitialized              |               Uninitialized
          |          C0        |                     |
          |------------------->|         C0          |
          |                    |-------------------->|
          |          C1        |                     |
          |------------------->|         S0          |
          |                    |<--------------------|
          |                    |         S1          |
     Version sent              |<--------------------|
          |          S0        |                     |
          |<-------------------|                     |
          |          S1        |                     |
          |<-------------------|                Version sent
          |                    |         C1          |
          |                    |-------------------->|
          |          C2        |                     |
          |------------------->|         S2          |
          |                    |<--------------------|
       Ack sent                |                  Ack Sent
          |          S2        |                     |
          |<-------------------|                     |
          |                    |         C2          |
          |                    |-------------------->|
     Handshake Done            |               Handshake Done
          |                    |                     |
              Pictorial Representation of Handshake
                         握手示意图
    

    下面是握手示意图中提到的状态:

    未初始化
    协议版本号在此阶段发送。客户端和服务器均处于未初始化状态。客户端发送携带协议版本号的C0包。如果服务器支持此版本,回复S0和S1包。如果服务器不支持此版本,使用适当的动作回复。在RTMP协议中,此动作是中止连接。
    注: 在”C0和S0格式”章节中提及,如果服务器不支持客户端的版本号,可以选择降到版本3或中止。

    发送版本
    客户端和服务器双方在未初始化状态后,会进入发送版本状态。之后,客户端等待S1包,服务器等待C1包。待接收到数据包,客户端发送C2包,服务器发送S2包。然后,双方都进入答复状态。客户端等待C2的答复,服务器等待S2的答复。

    握手完成
    客户端和服务器交换消息。

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