WebRTC 浏览器实时直连技术

工作原理与通信流程

WebRTC 建立连接分为 四个阶段：

1.媒体采集与能力描述

• 调用 getUserMedia() 获取本地音视频流
• 引擎生成 Offer SDP，包含：支持的编码格式、分辨率、ICE 候选地址列表等

2.信令交换（Signaling）

信令不属于 WebRTC 规范，需开发者自行搭建（常用 WebSocket）

• Peer A 将 Offer SDP 发给 Peer B
• Peer B 回复 Answer SDP
• 双方异步交换 ICE Candidate（网络探测结果）

3.NAT 穿透与连接建立（ICE 框架）

ICE 按优先级尝试以下路径：

1. Host Candidate：局域网直连
2. STUN Reflexive (srflx)：通过 STUN 获取公网 IP:Port
3. Peer Reflexive (prflx)：对端发现的临时映射地址
4. Relay (TURN)：对称 NAT/防火墙阻挡时，通过 TURN 中继转发

4.媒体与数据传输

• 音视频打包为 RTP 流，通过 SRTP 加密传输
• 控制信息通过 RTCP 反馈（丢包率、延迟、关键帧请求等）
• 内置 GCC（Google Congestion Control） 动态调整发送码率
• 配合 NACK（丢包重传） / PLI（关键帧请求） / FEC（前向纠错） 抗弱网

信令服务器的作用

信令服务器只负责“传递”ICE信息，不参与“执行”ICE协议。只负责将两端生成的网络候选地址（ICE Candidates）和会话描述（SDP）原样转发，但不解析、不验证、不参与实际的 NAT 穿透探测。

• 信令服务器负责“首次及持续的 ICE 信息传递”，但不负责“ICE 协议的执行与网络探测”。
• 真正的 NAT 穿透、连通性测试、路径选择 100% 发生在两端 WebRTC 引擎之间，信令服务器仅扮演“消息路由器”。
• 设计信令服务时，只需保证：低延迟、高可用、支持二进制/字符串透传、与业务鉴权解耦即可，无需实现任何 ICE/STUN 逻辑。
• 媒体流永远不经过信令服务器：ICE 探测成功后，音视频/数据通道直接走 P2P 或 TURN，信令服务器可立即降级为低频心跳通道。

网络路径选择 ICE 工作流程（4 步）

重要澄清：WebRTC 中不是“服务器”进行网络探测，而是通信两端（Peer）基于 ICE 框架自主探测。STUN/TURN 只是辅助服务器，真正的路径发现、测试、选择逻辑全部运行在客户端。

1.收集候选地址（Candidate Gathering）

每个端点枚举自身网络接口，生成 ICE Candidate：

类型	来源	说明
host	本地网卡	局域网直连地址（如 192.168.1.10:54321）
srflx	STUN 服务器	公网映射地址（如 203.0.113.5:61234）
prflx	对端探测发现	打洞过程中动态发现的临时路径
relay	TURN 服务器	中继地址，保底连通方案

默认通过 STUN 获取 srflx；若直连失败，才向 TURN 申请 relay。

2.连通性探测（Connectivity Checks）

• 双方交换候选地址后，ICE 会生成 候选对（Candidate Pairs）：本地候选 × 远端候选
• 按优先级排序后，发送 STUN Binding Request 测试连通性：
  • 请求携带 ICE 身份凭证（ufrag + pwd）防伪造
  • 使用 UDP 打洞（部分浏览器支持 TCP fallback）
  • 收到合法 STUN Binding Response 即标记为 valid

3.优先级排序与路径提名（Prioritization & Nomination）

ICE 使用 RFC 8445 定义的优先级公式：

Priority = (2^24) × TypePref + (2^8) × LocalPref + (2^0) × ComponentID

候选类型	TypePref（默认）	说明
host	126	局域网直连，延迟最低、成本为0
srflx	110	STUN 反射，适合非对称 NAT
prflx	100	动态发现，优先级低于 srflx
relay	0	TURN 中继，延迟高、带宽成本高，保底用

提名机制：

• Controlling Peer（主叫方）在发现第一个 valid 对后，发送带 USE-CANDIDATE 属性的 STUN 请求
• Controlled Peer（被叫方）确认后，该路径被 nominated，媒体流开始通过此路径传输
• 若后续网络恶化，ICE 会持续测试低优先级对，实现无缝 failover

4.连接维持与故障转移（Keepalive & Failover）

• 每 ~15秒 发送 STUN 保活包，维持 NAT 映射不超时
• 连续 5次 无响应 → 标记 failed → 自动切换备用路径
• 支持 Trickle ICE（渐进式交换候选）：边收集边发送，连接建立提速 30%~50%