Web即时通信技术——WebRTC

WebRTC（Web Real-Time Communication）是一个开放的项目，旨在在网页端提供实时的音频、视频和数据通信，不需要插件或其他附加软件。它是由Google主导，并在Mozilla、W3C和IETF等组织的支持下开发。WebRTC的目标是使浏览器成为实时通信的强大平台，支持点对点（peer-to-peer）通信。

官方网址：https://webrtc.org/
WebRTC中文网 https://webrtc.org.cn
WebRTC官网 https://webrtc.org/
WebRTC范例 https://webrtc.github.io/samples/

WebRTC特点

实时通信： WebRTC专注于实时通信，包括音频、视频和其他数据。 WebRTC允许从设备中捕获音频和视频流，并在对等连接中传输这些流。WebRTC已经被现代浏览器（如Chrome、Firefox、Safari等）广泛支持，使得开发者能够在Web应用中集成实时通信功能。

点对点通信： WebRTC支持点对点通信，即在两个浏览器之间直接建立连接，而不需要通过中间服务器，不需要插件或其他附加软件。

多媒体引擎： WebRTC包括一个多媒体引擎，用于处理音频和视频流，提供了丰富的API和协议。

NAT穿越和防火墙遍历： WebRTC提供了一些机制，使得在NAT（Network Address Translation）和防火墙等网络设备背后进行通信更为容易。

WebRTC的网络拓扑结构

Mesh 结构

如果两个Client端能够顺利建立P2P 的连接，则直接通过 P2P 互相交换数据；如果由于网络原因，无法打通，则利用 Turn Server 来中转数据。图中的TURN Server 是指支持 TURN 协议的服务器，它扮演着一种网络中继的角色，支持把一个 Client 的数据包透明转发到多个其他的 Client 客户端。同理也可得出一对一的网络模型。

这种完全使用 P2P 方式的网络拓扑结称之为 Mesh 结构。

这种结构的优点在于逻辑简单，容易实现，较为轻量的服务端，TURN 服务器比较简单，一定比例的P2P 成功率可极大减轻服务端的压力。
缺点在于每新增一个客户端，所有的客户端都需要新增一路数据上行，客户端上行带宽占用太大。因此，通话人数越多，效果越差。

SFU通话模型

SFU 的全称是：Selective Forwarding Unit，它是一种通过服务器路由和转发 WebRTC 客户端音视频数据流的方法。

SFU 服务器将自己伪装成了一个WebRTC 的 Peer 客户端，WebRTC 的其他客户端其实并不知道自己通过 P2P 连接过去的是一台真实的客户端还是一台服务器，我们通常把这种连接称之为 P2S，即Peer to Server。

SFU服务器和TURN服务器的不同在于：
TURN 服务器仅仅是提供的一种辅助的数据转发通道，在P2P不通的时候进行透明的数据转发。而 SFU 是和客户端有业务交互的，两者是平等的关系，甚至是可以对WebRTC 客户端的数据转发的申请和控制。

MCU通话网络模型

MCU 的全称是：Multipoint Control Unit，又被称为混合，是实现多方WebRTC交流的另一种策略。
它的主要原理是由 MCU Server 将各路客户端上行的数据流合成为一路，再转发给其他客户端。这种模型相比于 SFU 降低了多人视频通话场景下客户端的下行带宽压力，但是由于合流需要转码操作，因此对服务器端压力比较大，且下发给客户端是固定的合流画面，灵活性不好。

WebRTC 实现服务端和客户端交互的代码

在 Linux 环境下使用 WebRTC 实现服务端和客户端交互的代码一般较为复杂，需要使用信令服务器进行 SDP 交换，并处理 ICE 候选等操作。下面例子是一个简化的代码，使用 WebSocket 作为信令服务器。

创建信令服务器

#include<iostream>#include<websocketpp/config/asio_no_tls.hpp>#include<websocketpp/server.hpp>#include<webrtc/api/peerconnectioninterface.h>

class WebSocketServer {
public:WebSocketServer(){
        server_.init_asio();
        server_.set_message_handler(bind(&WebSocketServer::OnMessage, this,::_1,::_2));
        server_.set_open_handler(bind(&WebSocketServer::OnOpen, this,::_1));
        server_.set_close_handler(bind(&WebSocketServer::OnClose, this,::_1));}voidRun(uint16_t port){
        server_.listen(port);
        server_.start_accept();
        server_.run();}

private:voidOnMessage(websocketpp::connection_hdl hdl, websocketpp::server<websocketpp::config::asio>::message_ptr msg){
        std::string message = msg->get_payload();// Handle incoming message (Signaling, SDP exchange, etc.)// Example: Forward the message to the appropriate WebRTC peer connection}voidOnOpen(websocketpp::connection_hdl hdl){// Handle new WebSocket connection}voidOnClose(websocketpp::connection_hdl hdl){// Handle WebSocket connection close}

    websocketpp::server<websocketpp::config::asio> server_;};intmain(){
    WebSocketServer ws_server;
    ws_server.Run(9000);// Run WebSocket server on port 9000return0;}

客户端

#include<iostream>#include<websocketpp/config/asio_no_tls.hpp>#include<websocketpp/client.hpp>#include<webrtc/api/peerconnectioninterface.h>

class WebSocketClient {
public:WebSocketClient(){
        client_.init_asio();
        client_.set_message_handler(bind(&WebSocketClient::OnMessage, this,::_1,::_2));
        client_.set_open_handler(bind(&WebSocketClient::OnOpen, this,::_1));
        client_.set_close_handler(bind(&WebSocketClient::OnClose, this,::_1));}voidConnect(const std::string& uri){
        websocketpp::lib::error_code ec;
        client_.get_alog().write(websocketpp::log::alevel::app,"Connecting to "+ uri);
        client_.connect(uri, ec);if(ec){
            client_.get_alog().write(websocketpp::log::alevel::app,"Error connecting: "+ ec.message());}}voidSend(const std::string& message){
        websocketpp::lib::error_code ec;
        client_.send(hdl_, message, websocketpp::frame::opcode::text, ec);if(ec){
            client_.get_alog().write(websocketpp::log::alevel::app,"Error sending message: "+ ec.message());}}

private:voidOnMessage(websocketpp::connection_hdl hdl, websocketpp::client<websocketpp::config::asio>::message_ptr msg){
        std::string message = msg->get_payload();// Handle incoming message (Signaling, SDP exchange, etc.)// Example: Forward the message to the appropriate WebRTC peer connection}voidOnOpen(websocketpp::connection_hdl hdl){
        client_.get_alog().write(websocketpp::log::alevel::app,"WebSocket connection opened");
        hdl_ = hdl;// Perform necessary setup, e.g., create WebRTC peer connection}voidOnClose(websocketpp::connection_hdl hdl){
        client_.get_alog().write(websocketpp::log::alevel::app,"WebSocket connection closed");// Perform necessary cleanup}

    websocketpp::client<websocketpp::config::asio> client_;
    websocketpp::connection_hdl hdl_;};intmain(){
    WebSocketClient ws_client;
    ws_client.Connect("ws://localhost:9000");// Connect to WebSocket server on localhost:9000
    ws_client.Send("Hello, WebSocket!");// Send a message// Continue with WebRTC logic, e.g., setting up peer connection, SDP exchange, media stream control, etc.return0;}