【rtspserver】协议篇 - RTSP协议

1.RTSP协议概述

RTSP标准手册:
https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc2326

RTSP(Real Time Streaming Protocaol),RFC2326，实时流传输协议，属于应用层协议，此协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，使用TCP和UDP完成数据传输

Real-time Transport Protocol或简写RTP，RTP协议详细说明了在互联网上传递音频和视频的标准数据包格式。它是创建在UDP协议之上

Real-time Transport Control Protocol或RTP Control Protocol或简写RTCP）是实时传输协议（RTP）的一个姐妹协议。RTCP由RFC 3550定义（取代作废的RFC 1889）。RTP 使用一个 偶数 UDP port ；而RTCP 则使用 RTP 的下一个 port，也就是一个奇数 port。RTCP与RTP联合工作，RTP实施实际数据的传输，RTCP则负责将控制包送至电话中的每个人。其主要功能是就RTP正在提供的服务质量做出反馈。

简单的说，以上三个协议就是负责以下图片内容：

1.1 基本特性

• 工作方式：基于文本的客户端-服务器协议
• 默认端口: 554 (TCP/UDP)
• 协议定位: 介于应用层和传输层之间
• 与HTTP关系：语法和操作类似HTTP，但不兼容

2.RTSP协议特点

1.控制协议：仅负责媒体会话控制，不直接传输媒体数据

2.状态协议：维护会话状态

3.多传输支持：可与RTP/RTCP、TCP、UDP等配合使用

4.时间敏感性：支持NTP时间戳

5.扩展性：支持自定义方法和头部

3.RTSP核心方法

方法	功能描述
OPTIONS	查询服务器支持的方法
DESCRIBE	获取媒体描述信息(SDP格式)
ANNOUNCE	客户端或服务器更新会话描述
SETUP	建立传输会话，指定传输方式
PLAY	开始数据传输
PAUSE	暂停数据传输
RECORD	启动媒体录制
TEARDOWN	终止会话，释放资源
GET_PARAMETER	查询参数值
SET_PARAMETER	设置参数值

4.RTSP重要头部字段

头部字段	说明
CSeq	命令序列号，用于匹配请求响应
Session	会话标识符
Transport	指定传输参数(RTP/AVP;unicast;client_port=8000-8001)
Range	指定播放时间范围
Authorization	认证信息
Content-Type	内容类型(通常为application/sdp)
Content-Length	内容长度

5.RTSP传输模式

RTP over UDP

• 媒体数据通过RTP over UDP传输
• 控制命令通过RTSP over TCP传输
• 需要打开额外端口

2.RTP over TCP

• 媒体数据和控制命令共用TCP连接
• 媒体数据以$前缀标识
• 格式: $ + 1字节通道号 + 2字节长度 + 数据

3.Multicast

• 服务器选择组播地址和端口
• 客户端加入组播组接收数据

6.RTSP状态码

状态码	含义
200	OK - 请求成功
400	Bad Request - 错误请求
401	Unauthorized - 未授权
404	Not Found - 未找到
405	Method Not Allowed - 方法不允许
456	Header Field Not Valid - 头部字段无效
461	Unsupported Transport - 不支持的传输
500	Internal Server Error - 服务器内部错误
503	Service Unavailable - 服务不可用

7.SDP协议(会话描述协议)

RTSP使用SDP描述媒体信息，包含：

• 会话名称和目的
• 媒体类型(视频/音频等)
• 传输协议(RTP/UDP等)
• 媒体格式(H.264/MPEG-4等)
• 媒体传输地址和端口

示例SDP片段：

v=0
o=- 123456 1 IN IP4 192.168.1.1
s=Example Stream
t=0 0
m=video 0 RTP/AVP 96
a=rtpmap:96 H264/90000
a=control:track1

8.RTSP协议完整交互流程

RTSP 交互 = OPTIONS → DESCRIBE → SETUP × N → PLAY → [PAUSE] → TEARDOWN,配合 RTP/RTCP 完成媒体传输。

以客户端要播放的URL为 tsp://192.168.1.100:554/stream 的视频流

8.1 OPTIONS - 探测服务器

作用:查询服务器支持哪些RTSP方法

// Client -> Server
OPTIONS rtsp://192.168.1.100:554/stream RTSP/1.0
CSeq: 1
User-Agent: LibVLC/3.0

// Server → Client
RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 1
Public: OPTIONS, DESCRIBE, SETUP, PLAY, PAUSE, TEARDOWN, GET_PARAMETER

User-Agent：当前网路请求是以LibVLC 3.0版本库的程序发起
CSeq : 请求序列号
Public：列出服务器支持的方法

8.2 DESCRIBE - 获取媒体描述(SDP)

作用：获取流的元数据，比如：编码格式，分辨率，通道数等，以SDP的格式返回

// Clinet → Server
DESCRIBE rtsp://192.168.1.100:554/stream RTSP/1.0 
CSeq: 2                           // 命令序列号
Accept: application/sdp           // 期望Server以SDP格式返回描述
User-Agent: LibVLC/3.0            // 客户端是基于VLC构建的应用

// Server → Client
RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 2
Content-Base: rtsp://192.168.1.100:554/stream/       // 基准URL,后续SETUP中请求的轨道将基于此拼接
Content-Type: application/sdp                        // 响应体是SDP格式，符合客户端Accept要求
Content-Length: 376                                  // SDP 内容长度为 376 字节，用于接收端判断数据是否完整。

// 以下为sdp主体内容
v=0
o=- 123456 1 IN IP4 192.168.1.100
s=Streaming Session
c=IN IP4 0.0.0.0
t=0 0
m=video 0 RTP/AVP 96
a=rtpmap:96 H264/90000
a=fmtp:96 packetization-mode=1;profile-level-id=42001F;sprop-parameter-sets=Z0IAH5WoFAFuQA==,aM48gA==
a=control:trackID=1
m=audio 0 RTP/AVP 97
a=rtpmap:97 MPEG4-GENERIC/44100/2
a=control:trackID=2

sdp主体逐行解析：

• 会话级描述(session-level)

行	含义
v=0	SDP协议版本号(目前只有0)
o=- 123456 1 IN IP4 192.168.1.100	会话所有者/创建者信息： - : 用户名(匿名) 123456 : 会话ID 1 ： 版本号 IN IP4 192.168.1.100:网络类型+创建者IP
s=Streaming Session	会话名称
c=IN IP4 0.0.0.0	连接信息，表示媒体流地址不会在会话级指定，而在每个媒体行(m=)中单独定义
t=0 0	时间描述：start = 0,stop = 0,表示永久会话(无结束时间)，使用于直播流

• 媒体级描述(Media-level) - 视频轨道

行	含义
m=video 0 RTP/AVP 96	媒体行： video ： 媒体类型 0 ： 端口号（RTSP 中通常为 0，实际端口由 SETUP 协商） RTP/AVP : 传输协议（RTP Audio/Video Profile） 96 ： RTP payload type（动态类型）
a=rtpmap:96 H264/90000	属性行： 96对应H.264编码，时钟频率90000Hz(视频标准)
a=fmtp:96 ...	格式参数 packetization-mode = 1: 支持交错打包 profile-level-id：H.264 BaseLine Profile Level 3.1  sprop-parameter-sets：SPS/PPS基础编码，解码器初始化必需
a=control:trackID=1	关键字段： 用于构造SETUP请求的URL: rtsp://.../stream/trackID=1

• 媒体级描述 - 音频轨道

行	含义
m=audio 0 RTP/AVP 97	音频媒体，payload type 97。
a=rtpmap:97 MPEG4-GENERIC/44100/2	AAC-LC 音频（MPEG4-GENERIC），采样率 44.1kHz，双声道
a=control:trackID=2	音频轨道控制 URL 后缀为 trackID=2

8.3 SETUP - 建立媒体通道

作用：为每个媒体轨道（如 video、audio）协商传输参数（UDP/TCP、端口、单播/组播）。

比如：设置视频轨道(trackID=1)

// Client → Server
SETUP rtsp://192.168.1.100:554/stream/trackID=1 RTSP/1.0
CSeq: 3
Transport: RTP/AVP;unicast;client_port=5000-5001
User-Agent: LibVLC/3.0

// Server → Client
RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 3
Session: 12345678;timeout=60
Transport: RTP/AVP;unicast;source=192.168.1.100;server_port=6000-6001;client_port=5000-5001

Transport :

RTP/AVP:使用RTP over UDP（RTP/AVP/TCP表示TCP interleaved 模式）

client_port = 5000-5001：客户端RTP端口5000，RTCP端口5001

server_port=6000-6001: 服务器分配的发送端口

Session : 12345678：会话ID,后续所有请求必须携带此字段

若有音频轨道，需对trackID = 2再发一次SETUP

Note:

TCP intgerleaved模式(RTP over TCP),当防火墙阻断UDP时，可使用TCP传输RTP:

// SETUP 请求
Transport: RTP/AVP/TCP;unicast;interleaved=0-1

// 响应
Transport: RTP/AVP/TCP;unicast;interleaved=0-1

interleaved=0-1 ： RTP 包用 $0 前缀，RTCP 用 $1，嵌入在 RTSP TCP 连接中

8.4 PLAY - 开始播放媒体流

作用：命令服务器开始通过RTP发送媒体数据

// Client → Server
PLAY rtsp://192.168.1.100:554/stream RTSP/1.0
CSeq: 4
Session: 12345678
Range: npt=0.000-

// Server → Client
RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 4
Session: 12345678
RTP-Info: url=trackID=1;seq=12345;rtptime=789012345

Range: npt=0.000- ： 从时间0开始播放(npt = Normal Play time)

RTP-Info: url=trackID=1;seq=12345;rtptime=789012345 : 返回初始RTP序列号和时间戳，用于同步

此时服务器开始向客户端5000/5001端口发送RTP/RTCP包

8.5 PAUSE/RESUME - 暂停/恢复

// 暂停
PAUSE rtsp://... RTSP/1.0
CSeq: 5
Session: 12345678

// 恢复（再次发送 PLAY）
PLAY rtsp://... RTSP/1.0
CSeq: 6
Session: 12345678
Range: npt=10.000-  // 从 10 秒处继续

8.6 TEARDOWN - 终止会话

作用：释放服务器资源，关闭RTP流

// Client → Server
TEARDOWN rtsp://192.168.1.100:554/stream RTSP/1.0
CSeq: 7
Session: 12345678

// Server → Client
RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 7
Session: 12345678
Connection: Close

服务器停止发送RTP数据，销毁会话上下文