一文带你了解webrtc基本原理（动手实现1v1视频通话）

webrtc (Web Real-Time Communications) 是一个实时通讯技术，也是实时音视频技术的标准和框架。
大白话讲，webrtc是一个集大成的实时音视频技术集，包含了各种客户端api、音视频编/解码lib、流媒体传输协议、回声消除、安全传输等。
对于开发者来说可以借助webrtc非常方便的实现低延时视频通话能力。
现在主流的直播系统、会议系统基本都是基于webrtc来实现。

一、webrtc 三种架构

我们先大概了解下webrtc的几种架构及各自适用场景。

【Mesh】

Mesh架构，需要所有参与连接的peer建立与所有其他peer的媒体连接。
该架构需要n-1个上下行，以此带来的带宽消耗（流量）、编/解码消耗（手机性能）成线性增长。
该架构只能适用3-4个人的小型会议场景。

【MCU】

所有本房间的peer将本地媒体流推到远程媒体服务器，由媒体服务器进行混流，然后再推到所有连接的peer端。
该架构的优点就是只需要1路上下行，随着peer人数不断增加，依然不会对用户造成带宽、手机性能影响。
该架构将压力转嫁到服务端，由专用媒体服务器来完成混流，转推等功能。

【SFU】

相对于MCU来说SFU只做转发，媒体服务器压力有限。与mesh架构相比，只需要n-1个下行，1个上行。
在大规模的场合该架构具有伸缩性。

二、实现 1v1 视频通话

废话不多说，动手实践下。
（麻雀虽小，五脏俱全。通过实现1v1的功能，来整体了解下webrtc协议的原理。）
github：https://github.com/Plen-wang/webrtc-demo-1v1

由于是私有证书问题，chrome会有安全提示。（demo地址暂时还能用 -_- ）

有两个方法可以试下。

第一个方法，手动设置一个类似不安全白名单列表，然后重启浏览器。

chrome://flags/#unsafely-treat-insecure-origin-as-secure

如果不行，我们试下第二个方法肯定可以。

点击空白页输入 thisisunsafe 字符。

动手之前，我们先简单了解下webrtc的连接的大致流程和涉及的相关技术点。

【WebRTC P2P】

【NAT穿透】
peer基本都在内网，需要通过nat穿透技术来与peer建立连接。
根据nat的拓扑情况大致分为如下几种：完全锥形、IP锥形、端口锥形、对称形。
stun\turn协议：stun协议用来拿到peer公网ip，turn用来做relay数据转发。

【SDP】
sdp是会话描述协议。
是媒体协商时使用，用于将本地支持的媒体（编解码等）信息、candidate（连接候选者）信息打包发送到信令服务器。
sdp的交换是通过中间服务器（信令服务器）来完成的。

【ICE】
ICE是一个不断尝试连接的协议，不同的网络情况下ICE大概会尝试如下几种方式来建立通讯通道。
host（peers都在内网）、 srflx（nat穿透）、prflx（nat穿透-Full Cone）、relay（中继）

【服务端】
在整个连接生命周期中都是需要服务端参与。参与webrtc协作的服务端大概分为这几种类型。
stun/turn服务器（p2p穿透）、信令服务器、媒体服务器（媒体信息处理）、业务服务器（可选）

整体流程大致如下。

（上述技术点较多，感兴趣可以自行查询相关资料）

【部署STUN\TURN服务器】

为了支持1v1公网访问，我们需要搭建一个stun/turn服务器。
这里我们使用 Coturn 开源组件，coturn的镜像有很多，可自行选择。
（注意准备coturn配置文件时，记得设置用户名和密码。）

    docker run -d  --rm --name turn-server --network=host   \
               -v ${pwd}/turnserver.conf:/etc/coturn/turnserver.conf \
           instrumentisto/coturn

部署好之后可以通过ICE测试工具测试下
https://webrtc.github.io/samples/src/content/peerconnection/trickle-ice

    stun:1.15.11.173:3478?transport=tcp
    turn:1.15.11.173:3478?transport=tcp:user:pwd

如果正常返回了ICE尝试的连接类型，说明部署没有问题。

【实现信令服务器与客户端代码】

我们采用golang来实现一个简单的信令服务器，使用开源组件go-socket。
同时还需要实现一个web客户端。
demo代码就不贴到文章里了，放在github上。整体代码比较简单，感兴趣可以看下。
git@github.com:Plen-wang/webrtc-demo-1v1.git

【部署信令服务器】
当在本地debug的差不多了，我们把信令服务器打个镜像发到云主机上。
（如果部署本demo，可以直接使用此镜像。）

    docker push wangqingpei/rtc-signal-server:latest
    docker run --name signal-server -d -p:8080:8080 wangqingpei/rtc-signal-server
    

【部署web服务器】
部署好信令服务器之后，我们把静态文件放到web服务器里，直接使用nginx镜像部署非常简单。

    docker run -d -p 80:80 -p 443:443  --rm --name webrtc-nginx   \
    -v /data/rtc-nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf  \
    -v /data/pem/server.key:/etc/nginx/server.key  \
    -v /data/pem/server.pem:/etc/nginx/server.pem  \
    -v /data/rtc-static-file:/usr/share/nginx/html  nginx

部署前，记得修改js里的stun服务器地址。

//创建RTCPeerConnection对象
function createRTCPeerConnection() {
    try {
	    
	    const configuration = {'iceServers': [{'urls': 'stun:1.15.11.173:3478?transport=tcp'}]}
	    
        rtcConnObject = new RTCPeerConnection(configuration);
        rtcConnObject.onicecandidate = handleRtcICECandidate;//ice 交互
        rtcConnObject.onaddstream = handleRtcAddStream;//远程stream加入
        rtcConnObject.onremovestream = handleRtcRemoveStream;//远程stream移除
        rtcConnObject.addStream(localStreamObject);//添加本地stream
        console.log("create local RTCPeerConnection object ok.");
    } catch (e) {
        console.error("create RTCPeerConnection err.", e);
    }
}

两边peer就可以借助stun服务器拿到公网ip实现nat穿透。

三、实现MCU/SFU 多人通话

MCU/SFU架构需要 专用媒体服务器 参与。

【媒体服务器选择】

专用媒体服务器有 OWT（open webrtc toolkit）、TWS（Kurento Media Server）等重量级的开源产品。

这两款开源框架都支持MCU、SFU架构功能。

我们选择OWT捣鼓下。

先看下部署起来的效果，默认MCU模式。

红框部分是服务端混流之后的效果。

【部署OWT】

注意，owt-server-4.3镜像与最新版chrome有兼容性问题，会报错 Empty candidate 错误。

我们直接使用5.0的镜像部署。

docker run -d --name owt-demo --network host lmshao/owt-server

由于该镜像是使用默认配置打的，启动后手动进入容器修改下相关配置，换成你云主机的公网ip，然后重启服务。

配置文件路径

vi dist/webrtc_agent/agent.toml

配置项，这里修改成你的公网ip

network_interfaces = [{name = "eth0", replaced_ip_address = "1.116.175.232"}]  # default: []

stun服务器可选

stunport = 3478 #default: 0
stunserver = "1.15.11.173" #default: ""

然后修改下portal.toml文件，文件路径。

vi dist/portal/portal.toml

修改成公网ip

ip_address = "1.116.175.232" #default: ""

重启下相关服务

./bin.restart-all.sh 

注意启动日志里有一个id、key，这是用来进入管理页面用的。（没错，owt提供了后台管理页面 -_-）

superServiceId: xxx
superServiceKey: xxx

sampleServiceId: xxx
sampleServiceKey: xxx

默认3004端口下是mcu模式，连线的人多了就会明显卡顿（看服务器配置）。

我们切到SFU模式试下流畅度和服务器负载情况。

通过 ?forward=true 参数控制

https://1.116.175.232:3004/?forward=true

OWT还配有管理后台用于控制媒体服务器的相关参数。

OWT还是比较强大的，有兴趣可以研究研究。

参考资料：
github.com/googollee/go-socket.io
《WebRTC技术详解：从0到1构建多人视频会议系统》
《WebRTC音视频实时互动技术：原理、实战与源码分析》
《FFmpeg 音视频开发基础与实战》