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Live555源码解析(2) - RTSP协议概述

2017-05-24  本文已影响481人  SniperPan

上一篇Live555源码解析(1) - Main 寻根问祖，留其筋骨将main()函数脉络做了整体分析，通常来讲本篇应从服务器的创建开始讲起，但如前文所述，Live555媒体服务器是基于RTSP协议实现，为了便于源码阅读， 在这里有必要先整体介绍下RTSP协议及相关协议内容。如读者已掌握RTSP内容，则可跳过本篇，继续下一篇Live555源码解析(3) - 服务开启，愿者上钩的阅读。

编写本篇前，尽可能详细地翻译了RTSP Sepc，如有兴趣，可同时阅读RTSP Spec中文版。

1. RTSP简史

RTSP出现以前，最热的大概就是HTTP协议。想象一下，当你需要欣赏网络中的某一段视频，通过HTTP协议访问其URL、开始下载、下载完成后播放。对于早期的视频采集设备、网络带宽或是负责渲染的显示器而言，似乎多给予一点耐心、多重连几次断开的HTTP连接、甚至多校验几次下载后文件的完整性，体验上也还能过得去。毕竟那时候的分辨率、帧率、带宽限制了互联网途径传播媒体文件的大小，信息的分享只能通过各种硬盘、U盘、光盘以存储后文件的形式进行传输。

随着硬件设备技术的发展，采集设备分辨率在提升，显示器支持了更高的帧率，网络带宽也指数增长，这都为更好的观影体验提供了基础支持。随着网络资源的日益丰富，用户时间的稀缺性日益凸显，为了快速观看、判别视讯本身是否符合自身口味，在线实时观看成了一大述求。而传统的HTTP下载显然不能够匹配该需求，因此在寻求streaming的道路上，RTSP脱颖而出。

RTSP全称实时流协议（Real Time Streaming Protocol），它是一个网络控制协议，设计用于娱乐、会议系统中控制流媒体服务器。RTSP用于在希望通讯的两端建立并控制媒体会话（session），客户端通过发出VCR-style命令如play、record和pause等来实时控制媒体流。

RTSP处理流时会根据端点间可用带宽大小，将音视频等数据切割成小分组（packet）进行传输，使得客户端在播放一个分组的同时，可以解压缓存中第二个甚至下载第三个分组。通过缓存和多码率流技术，用户将不会感觉到数据间存在停顿。至于RTSP的特性，则主要体现在如下方面：

1.1 相关协议介绍

RTSP组合使用了可靠传输协议TCP（控制）和高效传输协议UDP（内容）来串流（streaming）内容给用户。它支持点播（Video-On-Demand）以及直播（Live Streaming）服务。

RTSP协议本身并不负责数据传输，通常（非必须）是通过RTP（Real-time Transport Protocol）配合RTCP（Real-time Control Protocol）完成数据流和控制命令（同步、QOS管理等）的传输。具体应用中，三者的关系如下图所示：

RTSP RTCP RTP

2. RTSP方法

RTSP中并没有连接的概念，而是通过会话（Session）进行管理。每个会话有对应的会话ID，会话中可能可能涉及一至多个流，会话生命周期中，客户端也可能切换连接（如TCP）来传递RTSP请求（request）。

method direction object requirement
DESCRIBE C->S P,S recommended
ANNOUNCE C->S, S->C P,S optional
GET_PARAMETER C->S, S->C P,S optional
OPTIONS C->S, S->C P,S required(S->C:optional)
PAUSE C->S P,S recommended
PLAY C->S P,S required
RECORD C->S P,S optional
REDIRECT S->C P,S optional
SETUP C->S S required
SET_PARAMETER C->S,S->C P,S optional
TEARDOWN C->S P,S required

P: 呈现（Presentation），S:流（Stream）

一个RTSP应用（如点播）生命周期内，通常会话（所有交互）过程如下图所示：

2.1 必选方法

对于上述交互中涉及的RTSP方法，说明如下：

2.2 可选方法

除了上一小节中提到的5种必选方法外，还有如下方法是可选的。

2.3 RTSP状态机

RTSP Status Machine

2.4 嵌入式二进制数据（Embedded (Interleaved) Binary Data）

某些防火墙设计或其他环境因素可能迫使服务器将RTSP方法交错进流数据中。该种交错操作应尽可能避免，因为它提高了客户端和服务器操作的复杂度，也增加了额外的开销。嵌入式二进制数据应当只在RTSP通过TCP传输时使用。

C->S    SETUP rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
        CSeq: 3
        Transport: RTP/AVP/TCP;interleaved=0-1

S->C    RTSP/1.0 200 OK
        CSeq: 3
        Date: 05 Jun 1997 18:57:18 GMT
        Transport: RTP/AVP/TCP;interleaved=0-1
        Session: 12345678

C->S    PLAY rtsp://example.com/media.mp4 RTSP/1.0
        CSeq: 4
        Session: 12345678

S->C    RTSP/1.0 200 OK
        CSeq: 4
        Session: 12345678
        Date: 05 Jun 1997 18:59:15 GMT
        RTP-Info: url=rtsp://example.com/media.mp4;
        seq=232433;rtptime=972948234

S->C    $\000{2 byte length}{"length" bytes data, w/RTP header}
        $\000{2 byte length}{"length" bytes data, w/RTP header}
        $\001{2 byte length}{"length" bytes RTCP packet}

3. Live555 openRTSP

openRTSP a command-line RTSP client

openRTSP是用于打开、串流、接收以及可选地录制媒体流的命令行客户端，媒体流通过RTSP URL指定，URL前缀为"rtsp://"。

本系列只以MediaServer源码为分析对象，因此对openRTSP不做讨论。

4. 实践检验

4.1 RTSP测试源

由于Windows真机环境负责，进程较多，进行抓包分析时干扰项很多，因此测试时创建了虚拟机，在发行版Ubuntu上进行了搭建。 Live555MediaServer Ubuntu可以直接下载，下载后在相同目录下放置媒体文件进行测试即可。

4.2 Wireshark抓包分析

下面就对应Wireshark抓包以及前述会话过程进行验证。

服务器地址：192.168.63.130:8554
客户端地址：192.168.63.1 :9571

4.2.1 TCP 三路握手

没有太多好说的，TCP标准三路握手，确定了窗口大小（Win），MSS等选项。

4.2.2 OPTIONS

OPTIONS请求、回复，有如下几个注意点：

4.2.3 DESCRIBE


DESCRIBE请求、回复，没有夹杂ACK。回复中以SDP协议格式给出了会话ID及其他会话属性。注意最后一个字段Meida Attribute中表明了control:track1，该值将在下一步SETUP中使用到。

4.2.4 SETUP

服务器在回复SETUP请求后，注意客户端有连续发出4个RTP/RTCP请求给服务器。

4.2.5 PLAY

PLAY请求中使用聚合控制URL，针对呈现本身，可同时作用于其中的多个流。Range值为从0开始到结束。

紧跟其后的是MPEG TS协议包，实际上是RTP协议通过UDP在传递TS流信息。

4.2.6 GET_PARAMETER

4.2.7 PAUSE

PAUSE中未携带Range域，表示立即暂停。客户端在收到服务器回复后，进行了额外ACK。

4.2.8 TEARDOWN

客户端请求关闭会话，Receiver Report属于客户端发往服务器的RTCP控制命令。

4.2.9 TCP四路断开


为什么不是四条，因为该种情况下两端同时断开，只需要将ACK放入发出的FIN中即可，不需要单独发送一条消息。
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