Webrtc что это такое

Немного о WebRTC: что где использовать и случай из практики

WebRTC — это браузерная технология, предназначенная для передачи потоковых данных между браузерами или приложениями с использованием технологии двухточечной передачи (point-to-point transmission).

Эта технология хороша тем, что позволяет устанавливать связь между пользователями, используя только браузер. Для некоторых разработчиков, когда они узнают о WebRTC, это становится открытием: ведь можно создать видеочат без использования стороннего сервера — нужен только браузер.

WebRTC не требует установки дополнительных плагинов. Нужно просто написать код на HTML или JavaScript, и видеопотоки в браузере будут работать плавно.

WebRTC можно использовать не только для видеочатов: технология позволяет передавать файлы любого формата и текстовые сообщения.

API WebRTC

WebRTC имеет довольно большой набор функций и инструментов. В этой статье мы разберем три API.

1. getUserMedia

API позволяет управлять пользовательскими устройствами из браузера. Здесь можно выбрать:

Такие настройки помогают оптимизировать проект. Для того, чтобы все работало быстрее, качество можно уменьшить до 360 пикселей.

Алгоритм управления шумом тоже помогает: он эффективно устраняет шум и фоновые звуки из аудиопотока.

2. RTCPeerConnection

Этот API-интерфейс относится к технологии Peer-to-Peer, которая представляет собой прямую комбинацию двух браузеров, которые не используют сервер. Таким образом, происходит прямая передача видеопотоков с одного устройства на другое.

В RTCPeerConnection есть важная функция — встроенная поддержка серверов Stun/Turn, которые необходимы для обхода провайдера NAT, из-за которого видеопотоки могут не доходить до пользователей.

Разработчики могут получить доступ к серверам Stun/Turn от одного пользователя и получить чистый адрес для передачи видеопотока. Затем, можно подключиться к серверам Stun/Turn от другого пользователя и подключиться повторно. Таким образом, можно избежать сбоев и проблем с подключением пользователей из-за NAT.

3. RTCDataChannel

Используя RTCDataChannel, можно передавать текст и файлы различных форматов параллельно с видеопотоком.

Благодаря этому API вы можете разработать простой и быстрый чат для пользователей приложения. Он не требует установки на сервер, его можно переписать и передавать файлы любого формата размером до 4 ГБ (и более, если это позволяет браузер).

Миграция с Flash

Flash уже почти вышел из пользования. Поэтому важно мигрировать проекты (если по какой-то причине вы еще этого не сделали), разработанные с использованием Flash, на другие технологии, в частности на WebRTC.

Как уже упоминалось выше, WebRTC позволяет показывать видео с неудобных проигрывателей в форме видеофайлов или прямых трансляций, а также передавать файлы любого формата и текстовые сообщения. Кроме того, это относительно свежая оптимизированная технология, которая имеет множество внутренних настроек и не требует установки дополнительных серверов или плагинов.

Однако важно понимать, что WebRTC не является заменой Flash. Это инструмент, с помощью которого можно частично реализовать функциональность Flash.

Технические тонкости

У WebRTC есть свои тонкости — он использует два сетевых протокола — TCP и UDP.

Особенность протокола TCP в том, что он передает данные без потерь: пользователь получает стабильное изображение, видео передается без потерь и повреждений. Но этот протокол имеет ограничения по объему передачи данных. Например, нельзя передавать видео Full HD пяти людям одновременно.

Эта проблема решается с помощью протокола UDP: пользователи могут передавать высококачественные изображения и видео без ограничений. Но у него есть свой недостаток: он допускает потерю пакетов. Из-за этого изображение может дрожать и сильно терять в качестве.

Это можно исправить подключившись к сторонним серверам. Если на WebRTC разрабатывается крупный проект, в котором будет установлено соединение между сотнями пользователей, то вам все же придется использовать дополнительный сервер, чтобы уменьшить нагрузку на браузер.

Для каких проектов подходит WebRTC

Изначально, цель WebRTC — создание видеоконференций с использованием одноранговой технологии без использования какого-либо дополнительного сервера. Технология идеально подходит для разработки приложений для видеоконференций на основе браузера. Можно сказать, что это почти Skype внутри браузера.

Что по безопасности?

WebRTC не использует сторонние сервисы, где можно было бы реализовать защиту данных. Однако, технология работает через проверенные сетевые протоколы, которые обеспечивают безопасность передачи данных.

Аналитика для WebRTC

В браузере Google Chrome есть отдельная страница, где можно отслеживать передачу данных с помощью WebRTC. Там отображается вся статистика соединения: количество переданных пакетов, качество звука и видео, загрузка браузера, используемая сервером Stun/Turn.

Пример из практики: онлайн школа танцев

Пара слов о проекте, в котором мы использовали WebRTC. Нам пришел запрос на разработку приложения для онлайн школы танцев. Стандартная группа для каждого урока — 16 пользователей (один учитель и 15 учеников).

Одна из сложнейших задач проекта — добиться идеальной синхронизации 15 видеопотоков для студентов.

Проблема синхронизации возникала из-за того, что у каждого пользователя разная скорость соединения, местоположение и интернет-провайдер. Поэтому мы развернули медиа-сервер Wowza, который собрал все видеопотоки. Затем мы разместили медиа-сервер и веб-сайт приложения на Amazon, что снизило нагрузку на пользовательские устройства. Расчеты, обработка, синхронизация и мультиплексирование видеопотоков выполняются на сервере — учитель и ученики получают материалы, готовые к воспроизведению.

Синхронизация была достигнута с помощью FFmpeg — инструмента, который позволяет гибко и удобно управлять передачей аудио и видео потоков.

Нам нужно было найти решение проблемы отображения видеопотоков без использования сторонних систем. Мы решили использовать технологию WebRTC, и это оказалось идеальным решением для потоковой передачи видео через браузер.

Заключение

У нас еще не так много опыта в применении этой технологии, поэтому буду благодарен, если поделитесь своими случаями из практики и крутыми источниками для более углубленного изучения.

Источник

WebRTC #1 — Знакомимся

Многие уже слышали о проекте WebRTC, некоторые даже используют его (или пытаются применять в существующих проектах), а кто-то злобно потирает руки, предвкушая постепенную расправу со Skype и Flash.

Погуглив в Хабре (хе-хе) я почему-то не нашел статей, которые углублялись в техническую сторону WebRTC, показывали бы примеры его использования.

Что же, я попытаюсь порадовать вас схемками, кодом. В общем, именно тем, что всем по вкусу. Так пройдем же под кат, мой любимый читатель.

Что это?

По сути, WebRTC являет собой:
1. Media Streams (getUserMedia).
2. Peer Connection.

Ниже я вкратце опишу эти элементы, но подробное описание я все же хочу оставить на две следующие части статьи.

Media Streams

Media Streams — API, позволяющий получить доступ к камере и микрофону через браузер без каких-либо плагинов и флеша.

Следуя WebRTC Public API, нам нужно использовать метод getUserMedia у глобального объекта navigator.
Передавать стоит три параметра:
— объект со списком того, что нам нужно (аудио/видео)
— success callback
— error callback

И пока что есть необходимость в костылях из-за наличия префиксов в различных браузерах:

Браузер мило попросит разрешения.

Ура! Мы получили Stream-объект с аудио и видео. И что же с ним делать?
Можем показать это дело юзеру используя html5 тег «video».

И немножко сахара. Теперь можно смело применять html5 фильтры (webkit) к видео элементу.

Клево, не правда ли?

Peer Connection

Peer Connection — это тот самый API, который позволяет установить Peer-to-Peer соединение между браузерами.

Ниже представлена упрощенная схема соединения между двумя клиентами.

— Первый клиент отправляет так называемый Offer второму клиенту через сервер (PeerConnection Observer).
— Второй клиент (Remote Peer) отправляет через сервер ответ первому клиенту.
— Устанавливается P2P соединение между клиентами.

Примечательно, что в дальнейшем для работы такого соединения сервер становится опциональным. Т.е. после его выключения данные все также будут передаваться. Дальнейшее участие PeerConnection Observer’а нужно для правильного закрытия соединения, добавления участников в поток и т.п.

В спецификации указан конструктор RTCPeerConnection, но пока что мы вынуждены использовать префиксы для различных браузеров:

Здесь пора бы уже и server side рассматривать, но хочется оставить первую статью более обзорной.

Недостатки

Продолжая «осмотр», нужно отметить темную сторону проекта:
1. API изменяется, т.к. проект находится на стадии активной разработки. Следовательно, иногда придется менять свой код.
2. До утверждения аудио и видео кодеков, возможны проблемы с кроссплатформенностью.
3. Кроссбраузерность. Имеем такую картину:

Зачем тогда это все?

Думаю, в недалеком будущем мы все же получим стабильный WebRTC API в современных браузерах. Это откроет невероятные возможности в веб разработке. Интересуясь этим проектом уже сейчас, можно будет намного быстрее вникнуть и начать использовать его потом.
И никто не отменял рассчитанные на определенный браузер (Chrome Stable, к примеру) проекты. Да и интересно же, правда?

Дальше — больше

Заканчивая первую часть цикла статей, хотелось бы составить примерный план:
1. WebRTC #1 — Знакомимся
2. WebRTC #2 — Media Streams
3. WebRTC #3 — Peer Connection: Server Side
4. WebRTC #4 — Peer Connection: Client Side
5.…

P.S. если ожидали больше материала, сильно не ругайтесь. Тема мне очень интересна, поэтому я очень заинтересован продолжить цикл, одновременно углубляясь в нее.

UPD: спасибо GeorP и egobrain за замечания.

Источник

Просто о WebRTC

Большинство материала по WebRTC сосредоточено на прикладном уровне написания кода и не способствует пониманию технологии. Попробуем углубиться и узнать как происходит соединение, что такое дескриптор сессии и кандидаты, для чего нужны STUN и TURN сервера.

WebRTC

Введение

WebRTC – технология, ориентированная на браузеры, которая позволяет соединить два клиента для видео-передачи данных. Основные особенности – внутренняя поддержка браузерами (не нужны сторонние внедряемые технологии типа adobe flash) и способность соединять клиентов без использования дополнительных серверов – соединение peer-to-peer (далее, p2p).

Для того, чтобы понять это лучше, рассмотрим три ситуации: оба узла находятся в одной сети (Рисунок 1), оба узла находятся в разных сетях (один в приватной, другой в публичной) (Рисунок 2) и оба узла находятся в разных приватных сетях с одинаковыми IP адресами (Рисунок 3).

Рисунок 1: Оба узла в одной сети

Рисунок 2: Узлы в разных сетях (один в приватной, другой в публичной)

Рисунок 3: Узлы в разных приватных сетях, но с численно равными адресами

Что же будет, если мы все-таки решим соединить узлы через их внутренние адреса? Данные не выйдут за пределы сети. Для усиления эффекта можно представить ситуацию, изображенную на последнем рисунке – у обоих узлов совпадают внутренние адреса. Если они будут использовать их для коммуникации, то каждый узел будет общаться с самим собой.

WebRTC успешно справляется с такими проблемами, используя протокол ICE, который, правда, требует использования дополнительных серверов (STUN, TURN). Обо всем этом ниже.

Две фазы WebRTC

Чтобы соединить два узла через протокол WebRTC (или просто RTC, если связываются два iPhone‘a) необходимо провести некие предварительные действия для установления соединения. Это первая фаза – установка соединения. Вторая фаза – передача видео-данных.

Итак, рассмотрим первую фазу – фазу установки соединения. Она состоит из нескольких пунктов. Рассмотрим эту фазу сначала для узла, который инициирует соединение, а потом для ожидающего.

Отличие лишь во втором пункте.

Несмотря на кажущуюся запутанность шагов здесь их на самом деле три: отправка своего медиа потока (п.1), установка параметров соединения (пп.2-4), получение чужого медиа потока (п.5). Самый сложный – второй шаг, потому что он состоит из двух частей: установление физического и логического соединения. Первая указывает путь, по которому должны идти пакеты, чтобы дойти от одного узла сети до другого. Вторая указывает параметры видео/аудио – какое использовать качество, какие использовать кодеки.

Мысленно этап createOffer или createAnswer следует соединить с этапами передачи SDP и Ice candidate объектов.

Далее будут рассмотрены некоторые сущности подробнее, а именно – медиапоток (MediaStream), дескриптор сессии (SDP) и кандидаты (Ice candidate).

Основные сущности

Медиа потоки (MediaStream)

Основной сущностью является медиа поток, то есть поток видео и аудио данных, картинка и звук. Медиа потоки бывают двух типов – локальные и удаленные. Локальный получает данные от устройств входа (камера, микрофон), а удаленный по сети. Таким образом у каждого узла есть и локальный, и удаленный поток. В WebRTC для потоков существует интерфейс MediaStream и также существует подинтерфейс LocalMediaStream специально для локального потока. В JavaScript можно столкнуться только с первым, а если использовать libjingle, то можно столкнуться и со вторым.

В WebRTC существует довольно запутанная иерархия внутри потока. Каждый поток может состоять из нескольких медиа дорожек (MediaTrack), которые в свою очередь могут состоять из нескольких медиа каналов (MediaChannel). Да и самих медиа потоков может быть тоже несколько.

Рассмотрим все по порядку. Для этого будем держать в уме некоторый пример. Допустим, что мы хотим передавать не только видео себя, но и видео нашего стола, на котором лежит листок бумаги, на котором мы собираемся что-то писать. Нам понадобится два видео (мы + стол) и одно аудио (мы). Ясно, что мы и стол стоит разделить на разные потоки, потому что эти данные, наверное, слабо зависят друг от друга. Поэтому у нас будет два MediaStream‘a – один для нас и один для стола. Первый будет содержать и видео, и аудио данные, а второй – только видео (Рисунок 4).

Рисунок 4: Два различных медиа потока. Один для нас, один для нашего стола

Сразу ясно, что медиа поток как минимум должен включать в себя возможность содержать данные разных типов — видео и аудио. Это учтено в технологии и поэтому каждый тип данных реализуется через медиа дорожку MediaTrack. У медиа дорожки есть специальное свойство kind, которое и определяет, что перед нами – видео или аудио (Рисунок 5)

Рисунок 5: Медиа потоки состоят из медиа дорожек

Как будет всё происходить в программе? Мы создадим два медиа потока. Потом создадим две видео дорожки и одну аудио дорожку. Получим доступ к камерам и микрофону. Укажем каждой дорожке какое устройство использовать. Добавим видео и аудио дорожку в первый медиа поток и видео дорожку от другой камеры во второй медиа поток.

Но как мы различим медиа потоки на другом конце соединения? Для этого каждый медиа поток имеет свойство label – метка потока, его название (Рисунок 6). Такое же свойство имеют и медиа дорожки. Хотя на первый взгляд кажется, что видео от звука можно отличить и другими способами.

Рисунок 6: Медиа потоки и дорожки идентифицируются метками

Так, а если медиа дорожки можно идентифицировать через метку, то зачем нам для нашего примера использовать два медиа потока, вместо одного? Ведь можно передавать один медиа поток, а дорожки использовать в нем разные. Мы дошли до важного свойства медиа потоков – они синхронизируют медиа дорожки. Разные медиа потоки не синхронизируются между собой, но внутри каждого медиа потока все дорожки воспроизводятся одновременно.

Если какую-то дорожку необходимо отключать во время передачи, то можно воспользоваться свойством enabled медиа дорожки.

В конце стоит подумать о стерео звуке. Как известно стерео звук – это два разных звука. И передавать их надо тоже отдельно. Для этого используются каналы MediaChannel. Медиа дорожка звука может иметь много каналов (например, 6, если нужен звук 5+1). Внутри медиа дорожки каналы, разумеется тоже синхронизированы. Для видео обычно используется только один канал, но могут использоваться и несколько, например, для наложения рекламы.

Резюмируя: мы используем медиа поток для передачи видео и аудио данных. Внутри каждого медиа потока данные синхронизированы. Мы можем использовать несколько медиа потоков, если синхронизация нам не нужна. Внутри каждого медиа потока есть медиа дорожки двух видов – для видео и для аудио. Дорожек обычно не больше двух, но может быть и больше, если нужно передавать несколько разных видео (собеседника и его стола). Каждая дорожка может состоять из нескольких каналов, что используется обычно только для стерео звука.

В самой простой ситуации видеочата у нас будет один локальный медиа поток, который будет состоять из двух дорожек – видео дорожки и аудио дорожки, каждая из которых будет состоять из одного основного канала. Видео дорожка отвечает за камеру, аудио дорожка – за микрофон, а медиа поток – это контейнер их обоих.

Дескриптор сессии (SDP)

Для этого используется любой сигнальный механизм. SDP можно передать хоть через сокеты, хоть человеком (сообщить его другому узлу по телефону), хоть Почтой России. Всё очень просто – Вам дадут уже готовый SDP и его нужно переслать. А при получении на другой стороне – передать в ведомство WebRTC. Дескриптор сессии хранится в виде текста и его можно изменить в своих приложениях, но, как правило, это не нужно. Как пример, при соединении десктоп↔телефон иногда требуется принудительно выбирать нужный аудио кодек.

Так как в WebRTC есть возможность редактирования SDP объекта, то после получения локального дескриптора его нужно установить. Это может показаться немного странным, что нужно передавать WebRTC то, что она сама нам дала, но таков протокол. При получении удаленного дескриптора его нужно тоже установить. Поэтому Вы должны на одном узле установить два дескриптора – свой и чужой (то есть локальный и удаленный).

После такого рукопожатия узлы знают о пожеланиях друг друга. Например, если узел 1 поддерживает кодеки A и B, а узел 2 поддерживает кодеки B и C, то, так как каждый узел знает свой и чужой дескрипторы, оба узла выберут кодек B (Рисунок 7). Логика соединения теперь установлена, и можно передавать медиа потоки, но есть другая проблема – узлы по-прежнему связаны лишь сигнальным механизмом.

Рисунок 7: Согласование кодеков

Кандидаты (Ice candidate)

Итак, соединение уже установлено (логическое соединение), но пока нет пути, по которому узлы сети могут передавать данные. Здесь не всё так просто, но начнем с простого. Пусть узлы находятся в одной приватной сети. Как мы уже знаем, они могут легко соединяться друг с другом по своим внутренним IP адресам (или быть может, по каким-то другим, если используется не TCP/IP).

Через некоторые callback‘и WebRTC сообщает нам Ice candidate объекты. Они тоже приходят в текстовой форме и также, как с дескрипторами сессии, их нужно просто переслать через сигнальный механизм. Если дескриптор сессии содержал информацию о наших установках на уровне камеры и микрофона, то кандидаты содержат информацию о нашем расположении в сети. Передайте их другому узлу, и тот сможет физически соединиться с нами, а так как у него уже есть и дескриптор сессии, то и логически сможет соединиться и данные «потекут». Если он не забудет отправить нам и свой объект кандидата, то есть информацию о том, где находится он сам в сети, то и мы сможем с ним соединиться. Заметим здесь еще одно отличие от классического клиент-серверного взаимодействия. Общение с HTTP сервером происходит по схеме запрос-ответ, клиент отправляет данные на сервер, тот обрабатывает их и шлет по адресу, указанному в пакете запроса. В WebRTC необходимо знать два адреса и соединять их с двух сторон.

А почему дескриптор сессии был один, а кандидатов может быть много? Потому что расположение в сети может определяться не только своим внутренним IP адресом, но также и внешним адресом маршрутизатора, и не обязательно одного, а также адресами TURN серверов. Остаток параграфа будет посвящен подробному рассмотрению кандидатов и тому, как соединять узлы из разных приватных сетей.

Итак, два узла находятся в одной сети (Рисунок 8). Как их идентифицировать? С помощью IP адресов. Больше никак. Правда, еще можно использовать разные транспорты (TCP и UDP) и разные порты. Это и есть та информация, которая содержится в объекте кандидата – IP, PORT, TRANSPORT и какая-то другая. Пусть, для примера, используется UDP транспорт и 531 порт.

Рисунок 8: Два узла находятся в одной сети

Тогда, если мы находимся в узле p1, то WebRTC передаст нам такой объект кандидата — [10.50.200.5, 531, udp]. Здесь приводится не точный формат, а лишь схема. Если мы в узле p2, то кандидат таков – [10.50.150.3, 531, udp]. Через сигнальный механизм p1 получит кандидата p2 (то есть расположение узла p2, а именно его IP и PORT). После чего p1 может соединиться с p2 напрямую. Более правильно, p1 будет посылать данные на адрес 10.50.150.3:531 в надежде, что они дойдут до p2. Не важно, принадлежит ли этот адрес узлу p2 или какому-то посреднику. Важно лишь то, что через этот адрес данные будут посылаться и могут достигнуть p2.

Пока узлы в одной сети – все просто и легко – каждый узел имеет только один объект кандидата (всегда имеется в виду свой, то есть свое расположение в сети). Но кандидатов станет гораздо больше, когда узлы будут находится в разных сетях.

Перейдем к более сложному случаю. Один узел будет находиться за роутером (точнее, за NAT), а второй узел будет находиться в одной сети с этим роутером (например, в интернете) (Рисунок 9).

Рисунок 9: Один узел за NAT, другой нет

Этот случай имеет частное решение проблемы, которое мы сейчас и рассмотрим. Домашний роутер обычно содержит таблицу NAT. Это специальных механизм, разработанный для того, чтобы узлы внутри приватной сети роутера смогли обращаться, например, к веб-сайтам.

Предположим, что веб-сервер соединен с интернетом напрямую, то есть имеет публичным IP* адрес. Пусть это будет узел p2. Узел p1 (веб-клиент) шлет запрос на адрес 10.50.200.10. Сначала данные попадают на роутер r1, а точнее на его внутренний интерфейс 192.168.0.1. После чего, роутер запоминает адрес источника (адрес p1) и заносит его в специальную таблицу NAT, затем изменяет адрес источника на свой(p1 → r1). Далее, по своему внешнему интерфейсу роутер пересылает данные непосредственно на веб‑сервер p2. Веб-сервер обрабатывает данные, генерирует ответ и отправляет обратно. Отправляет роутеру r1, так как именно он стоит в обратном адресе (роутер подменил адрес на свой). Роутер получает данные, смотрит в таблицу NAT и пересылает данные узлу p1. Роутер выступает здесь как посредник.

А что если несколько узлов из внутренней сети одновременно обращаются к внешней сети? Как роутер поймет кому отправлять ответ обратно? Эта проблема решается с помощью портов. Когда роутер подменяет адрес узла на свой, он также подменяет и порт. Если два узла обращаются к интернету, то роутер подменяет их порты источников на разные. Тогда, когда пакет от веб‑сервера придет обратно к роутеру, то роутер поймет по порту, кому назначен данный пакет. Пример ниже.

Вернемся к технологии WebRTC, а точнее, к ее части, которая использует ICE протокол (отсюда и Ice кандидаты). Узел p2 имеет одного кандидата (свое расположение в сети – 10.50.200.10), а узел p1, который находится за роутером с NAT, будет иметь двух кандидатов – локального (192.168.0.200) и кандидата роутера (10.50.200.5). Первый не пригодится, но он, тем не менее, генерируется, так как WebRTC еще ничего не знает об удаленном узле – он может находиться в той же сети, а может и нет. Второй кандидат пригодится, и, как мы уже знаем, важную роль будет играть порт (чтобы пройти через NAT).

Запись в таблице NAT генерируется только когда данные выходят из внутренней сети. Поэтому узел p1 должен первым передать данные и только после этого данные узла p2 смогут добраться до узла p1.

На практике оба узла будут находиться за NAT. Чтобы создать запись в таблице NAT каждого роутера, узлы должны что-то отправить удаленному узлу, но на этот раз ни первый не может добраться до второго, ни наоборот. Это связано с тем, что узлы не знают своих внешних IP адресов, а отправлять данные на внутренние адреса бессмысленно.

Однако, если внешние адреса известны, то соединение будет легко установлено. Если первый узел отошлет данные на роутер второго узла, то роутер их проигнорирует, так как его таблица NAT пока пуста. Однако в роутере первого узла в таблице NAT появилась нужна запись. Если теперь второй узел отправит данные на роутер первого узла, то роутер их успешно передаст первому узлу. Теперь и таблица NAT второго роутера имеет нужны данные.

Проблема в том, что, чтобы узнать своей внешний IP адрес, нужен узел находящийся в общей сети. Для решения такой проблемы используются дополнительные сервера, которые подключены к интернету напрямую. С их помощью также создаются заветные записи в таблице NAT.

STUN и TURN сервера

При инициализации WebRTC необходимо указать доступные STUN и TURN сервера, которые мы в дальнейшем будем называть ICE серверами. Если сервера не будут указаны, то соединиться смогут только узлы в одной сети (подключенные к ней без NAT). Сразу стоит отметить, что для 3g-сетей обязательно использование TURN серверов.

STUN сервер – это просто сервер в интернете, который возвращает обратный адрес, то есть адрес узла отправителя. Узел, находящий за роутером, обращается к STUN серверу, чтобы пройти через NAT. Пакет, пришедший к STUN серверу, содержит адрес источника – адрес роутера, то есть внешний адрес нашего узла. Этот адрес STUN сервер и отправляет обратно. Таким образом, узел получает свой внешний IP адрес и порт, через который он доступен из сети. Далее, WebRTC с помощью этого адреса создает дополнительного кандидата (внешний адрес роутера и порт). Теперь в таблице NAT роутера есть запись, которая пропускает к нашему узлу пакеты, отправленные на роутер по нужному порту.

Рассмотрим этот процесс на примере.

Пример (работа STUN сервера)

STUN сервер будем обозначать через s1. Роутер, как и раньше, через r1, а узел – через p1. Также необходимо будет следить за таблицей NAT – ее обозначим как r1_nat. Причем в этой таблице обычно содержится много записей от разный узлов подсети – они приводиться не будут.

Итак, в начале имеем пустую таблицу r1_nat.

Таблица 1: Пустая таблица NAT

В таблице 4 столбца. Она задает отображение первых двух столбцов на два последних, то есть каждой паре (IP, PORT), которая адресует узел во внутренней приватной сети, сопоставляется пара (IP, PORT) из внешней публичной сети.

Узел p1 отправляет пакет узлу s1 (STUN серверу). Ниже в таблице указаны четыре интересующие нас поля в заголовке транспортного пакета (TCP или UDP) – IP и PORT источника и приемника. Пусть адреса будут такими:

Таблица 2: Заголовок пакета

Узел p1 отправляет этот пакет роутеру r1 (не важно каким образом, в разных подсетях могут быть использованы разные технологии). Роутеру необходимо сделать подмену адреса источника Src IP, так как указанный в пакете адрес заведомо не подойдет для внешней подсети, более того, адреса из такого диапазона зарезервированы, и ни один адрес в интернете не имеет такого адреса. Роутер делает подмену в пакете и создает новую запись в своей таблице r1_nat. Для этого ему нужно придумать номер порта. Напомним, что, так как несколько узлов внутри подсети могут обращаться к внешней сети, то в таблице NAT должна храниться дополнительная информация, чтобы роутер смог определить, кому из этих нескольких узлов предназначается обратный пакет от сервера. Пусть роутер придумал порт 888.

Измененный заголовок пакета:

Таблица 3: Роутер подменил адрес источника на свой

Где 10.50.200.5 – это внешний адрес роутера.

Таблица r1_nat:

Таблица 4: Таблица NAT пополнилась новой записью

Здесь IP адрес и порт для подсети абсолютно такие же, как у исходного пакета. В самом деле, при обратной передаче мы должны иметь способ полностью их восстановить. IP адрес для внешней сети – это адрес роутера, а порт изменился на придуманный роутером.

Настоящий порт, на который узел p1 принимает подключение – это, разумеется, 35777, но сервер шлет данные на фиктивный порт 888, который будет изменен роутером на настоящий 35777.

Итак, роутер подменил адрес и порт источника в заголовке пакета и добавил запись в таблицу NAT. Теперь пакет отправляется по сети серверу, то есть узлу s1. На входе, s1 имеет такой пакет:

Таблица 5: STUN сервер получил пакет

Итого, STUN сервер знает, что ему пришел пакет от адреса 10.50.200.5:888. Теперь этот адрес сервер отправляет обратно. Здесь стоит остановиться и еще раз посмотреть, что мы только что рассматривали. Таблицы, приведенные выше – это кусочек из заголовка пакета, вовсе не из его содержимого. О содержимом мы не говорили, так как это не столь важно – оно как-то описывается в протоколе STUN. Теперь же мы будем рассматривать помимо заголовка еще и содержимое. Оно будет простым и содержать адрес роутера – 10.50.200.5:888, хотя взяли мы его из заголовка пакета. Такое делается не часто, обычно протоколам не важна информация об адресах узлов, важно лишь, чтобы пакеты доставлялись по назначению. Здесь же мы рассматриваем протокол, который устанавливает путь между двумя узлами.

Итак, теперь у нас появляется второй пакет, который идет в обратном направлении:

Таблица 6: STUN сервер отправляет пакет с таким заголовком

Заголовок изменился очень просто – источник и приемник поменялись местами, что логично, так как направление пакета теперь другое.

Таблица 7: STUN сервер отправляет пакет с таким содержимым

Это уже содержание пакета. На самом деле, оно может содержать много информации, но здесь указано лишь то, что важно для понимания работы STUN сервера.

Далее, пакет путешествует по сети, пока не окажется на внешнем интерфейсе роутера r1. Роутер понимает, что пакет предназначен не ему. Как он это понимает? Это можно узнать только по порту. Порт 888 он не использует для своих личных целей, а использует для механизма NAT. Поэтому в эту таблицу роутер и смотрит. Смотрит на столбец External PORT и ищет строку, которая совпадет с Dest PORT из пришедшего пакета, то есть 888.

Таблица 8: Таблица NAT

Нам повезло, такая строчка существует. Если бы не повезло, то пакет бы просто отбросился. Теперь нужно понять, кому из узлов подсети надо отправлять этот пакет. Не стоит торопиться, давайте снова вспомним о важности портов в этом механизме. Одновременно два узла в подсети могли бы отправлять запросы во внешнюю сеть. Тогда, если для первого узла роутер придумал порт 888, то для второго он бы придумал порт 889. Предположим, что так и случилось, то есть таблица r1_nat выглядит так:

Таблица 9: Таблица NAT

По порту 888 понятно, что нужный внутренний адрес это 192.168.0.200:35777. Роутер заменяет адрес приемника с

Таблица 10: Роутер подменяет адрес приемника

Таблица 11: Роутер подменил адрес приемника

Пакет успешно приходит к узлу p1 и, посмотрев на содержимое пакета, узел узнает о своем внешнем IP адресе, то есть об адресе роутера во внешней сети. Также он знает и порт, который роутер пропускает через NAT.

Что же дальше? Какая от этого всего польза? Польза – это запись в таблице r1_nat. Если теперь кто угодно будет отправлять на роутер r1 пакет с портом 888, то роутер перенаправит этот пакет узлу p1. Таким образом, создался небольшой узкий проход к спрятанному узлу p1.

Из примера выше можно получить некоторое представление о работе NAT и сути STUN сервера. Вообще, механизм ICE и STUN/TURN сервера как раз и направлены на преодоления ограничений NAT.

Между узлом и сервером может стоять не один роутер, а несколько. В таком случае узел получит адрес того роутера, который является первым выходящим в ту же сеть, что и сервер. Иными словами, получим адрес роутера, подключенного к STUN серверу. Для p2p коммуникации это как раз то, что нам нужно, если не забыть тот факт, что в каждом роутере добавится необходимая нам строчка в таблицу NAT. Поэтому обратный путь будет вновь так же гладок.

TURN сервер – это улучшенный STUN сервер. Отсюда сразу следует извлечь, что любой TURN сервер может работать и как STUN сервер. Однако, есть и преимущества. Если p2p коммуникация невозможна (как например, в 3g сетях), то сервер переходит в режим ретранслятора (relay), то есть работает как посредник. Разумеется, ни о каком p2p тогда речь не идет, но за рамками механизма ICE узлы думают, что общаются напрямую.

Таким образом TURN сервер нужен в том случае, когда оба собеседника находятся за симметричным NAT (каждый за своим).

Краткая сводка

Здесь приведены некоторые утверждения о сущностях WebRTC, которые необходимо всегда держать в голове. Подробно они описаны выше. Если какие-то из утверждений Вам покажутся не до конца ясными, перечитайте соответствующие параграфы.

Сноски:

Так как у всех узлов в этой сети один и тот же роутер. ↩

Этот шуточный пример всегда полезно держать в голове, чтобы различать коммуникацию в технологии WebRTC от сигнальной коммуникации ↩

На синхронизацию всегда тратится дополнительное время. ↩

Во времена Vanilla Ice кандидаты передавались внутри SDP, поэтому связь уже есть. ↩

Можно только согласиться, отказаться нельзя. В случае отказа нужно просто игнорировать запрос на соединение. ↩

Тем не менее, в некоторых реализациях это возможно. Но в том лишь случае, если есть доступ к настройкам видео. Браузеры не могут обращаться к камере до получения медиа потока. ↩

Например, при соединении ftp-клиента с ftp-сервером сначала устанавливается TCP-соединение (для протокола прикладного уровня протокол транспортного уровня можно считать физическим), а только потом передаются данные по протоколу FTP (то есть логика протокола). ↩

Такова реализация libjingle и некоторых браузеров. Это так, потому что кандидаты являются частью SDP объекта и записываются в него. ↩

Источник