iOS 边学边记 流媒体传输协议全解

互联网技术的本质就是通信协议，各种通信协议将各种终端连接了起来。流媒体协议是建立在互联网TCP/IP协议上的多媒体数据流传输分发协议。它主要为主播端和观众端提供数据传输和分发的解决方案。

现在互联网上的流数据占据带宽的大部分，音频、短视频、长视频占据了互联网应用的主流。数据流通过传输技术被运来运去，那么流数据遵循哪些传输规则和协议呢，各个协议有什么优缺点呢？

RFC 概要

RFC英文全称为Request For Comments，中文字面意思是“请求评论”，它是一系列编号文件。

RFC文档最初由Steve Crocker(史迪夫·科洛克）在1969年发明，发明的初衷是记录ARPANET开发中的非官方注解信息。

现在RFC文档由IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程特别行动组）产生，并由专家组、RFC编辑在编辑后发布。现在RFC文档已经成为互联网规范标准和事件的官方记录库。RFC文档是最全面的关于互联网协议标准的记录库，目前已经超过了9000个文档。

绝大部分互联网技术协议都包含在RFC文档中，包括TCP、IP、FTP、RTP等

流数据具有数据量大、实时传输等特点，它对网络传输有高带宽、低时延、同步和高可靠性的要求。为了保证好的QoS质量，传输模式、协议栈和应用体系控制等问题就显得非常重要。

RTP数据流协议

RTP英文全称Real-time Transport Protocol实时流传输协议。在RFC中定义为RFC3550/RFC3551。RTP由IETF（Internet Engineering Task Force，互联网工程任务组）工作组制定。

该协议主要实现实时数据的传输，它在数据包头中提供编码类型，包中数据的采样时刻、数据包的序号，依据这些信息传输双方可以协商编码类型，可以对数据包进行排序。

RTP 本身并没有服务质量保证机制，它依赖于低层服务去实现这一过程。

RTCP数据流协议

RTCP英文全称Real-time Transport Control Protocol，实时传输控制协议，该协议是RTP数据流协议的一个姐妹协议。RTCP为RTP数据流提供信道外控制。RTCP并不传输数据，它和RTP协作将多媒体数据打包和发送。RTCP的主要功能是保证服务质量，为RTP提供服务质量反馈。

SRTP & SRTCP数据流协议

SRTP英文全称为Secure Real-time Transport Protocol安全实时传输协议，该协议是在实时传输协议RTP基础上定义的一个协议，旨在为RTP数据提供加密、消息认证、完整性保证和重放保护。可以参考文档RFC3711。

RTCP同样也有一个伴生协议，它被称为安全实时传输控制协议Secure RTCP或SRTCP。在使用实时传输协议或实时传输控制协议时，是应用安全传输协议还是明文传输在数据传输过程中是可以选择的。

RTSP数据流协议

RTSP英文全称Real Time Streaming Protocol实时串流协议，该协议由Real Networks和Netscape共同提出的，它是用来控制流数据串的协议。该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送流数据。RTSP提供了一个可扩展框架，使实时数据，如音视频的受控、点播成为可能。

它允许同时对多个串流控制，服务器端可以自行选择使用TCP或UDP来传送串流内容，它的语法和运作跟HTTP 1.1类似，能容忍网络延迟。详情可以参考文档RFC2326。

RTSP 和RTP的区别与联系

RTSP与RTP最大的区别在于，RTSP是RTP的上层协议，是一种类似与http协议的网络应用层协议。RTSP允许双向实时数据传输，它允许客户端向服务器端发送控制操作，例如回放、快进、倒退等操作。此外，RTSP既可以使用RTP来传送数据，还可以选择TCP、UDP等通道来传输数据。

RSVP协议

RSVP英文全称Resource reSerVation Protocol资源预留协议，该协议是网络层协议，它是针对IP网络传输层不能保证QoS和支持多点传输而提出的协议。RSVP事先在业务流传输前预约网络资源，建立静态或动态的传输逻辑通路，保证每一业务流都有足够的带宽，这样能够提高传输质量。

RSVP是由接收方执行操作的协议，接收方决定预留资源的优先级，并对预留资源进行初始化和管理。RSVP共有三种预留资源类型，无滤包器、固定滤包器和动态滤包器。

RTMP和RTMPS协议

RTMP英文全称Real Time Messaging Protocol实时消息传送协议。它是Adobe Systems公司为Flash播放器和服务器之间流数据传输开发的开放协议。RTMP协议既可以传输AMF格式数据,也可以传输FLV格式数据。

RTMP协议有三个分支，第一种是工作在TCP协议上的明文传输，它使用的端口是1935；第二种是RTMPT，RTMPT被封装在HTTP请求之中，可以穿越防火墙进行传输；第三种是RTMPS，它也是封装在HTTP之中，不过与RTMPT不同的是，它使用HTTPS安全连接，可以保证传输的安全。

目前，大多数互联网数据流传输使用该协议。

HLS数据流传输协议

HLS英文全称HTTP Live Streaming在线流传输协议，该协议是由美国苹果公司实现的基于HTTP的流数据传输协议，可以实现流媒体的直播和点播。该协议主要为iOS系统服务。

HLS实际上并不是真正的实时流协议，HLS协议在服务器端将数据流存储为连续的、短时长的MPEG-TS格式文件，客户端不断下载并解析播放这些小文件从而实现实时流效果。可以认为，HLS是以点播流技术方式来实现实时流的协议。这样的缺点是延时高。

RTMP和HLS比较

RTMP是APP中最常用的数据流传输协议，它可以做到低延时。RTMP协议进行数据传输时，它将一整条数据流封装成FLV通过HTTP打包、TCP长连接分发出去，在服务器端不产生落地文件，延时通常为 1至3秒，远超HLS。

HLS协议通过切片传输数据，边下载边传输，所以传输延时要比RTMP长。但是，HLS基于HTTP/80 传输，很少会被防火墙拦下。HLS基于无状态协议（HTTP）支持平滑扩展，RTMP对视频服务器进行平滑扩展困难。

做APP数据流时一般会选择RTMP而不是HLS，特殊情况是微信端不支持RTMP，所以HLS表现良好。

SRT数据流传输协议
SRT英文全称（Secure Reliable Transport），SRT由Haivision和Wowza合作成立的，管理和支持SRT协议开源应用的组织，这个组织致力于促进视频流解决方案的互通性，以及推动视频产业先驱协作前进，实现低延时网络视频传输。

SRT允许直接在信号源和目标之间建立连接，这与许多现有的视频传输系统形成了鲜明对比，这些系统需要一台集中式服务器从远程位置收集信号，并将其重定向到一个或多个目的地。基于中央服务器的体系结构有一个单点故障，在高通信量期间，这也可能成为瓶颈。通过集线器传输信号还增加了端到端信号传输时间，并可能使带宽成本加倍，因为需要实现两个链接:一个从源到中心集线器，另一个从中心到目的地。通过使用直接从源到目的地的连接，SRT可以减少延迟，消除中心瓶颈，并降低网络成本。

QUIC数据流传输协议
QUIC英文全称（Quick UDP Internet Connection）是谷歌制定的一种基于UDP的低时延的互联网传输层协议。在2016年11月国际互联网工程任务组(IETF)召开了第一次QUIC工作组会议，受到了业界的广泛关注。这也意味着QUIC开始了它的标准化过程，成为新一代传输层协议。
QUIC很好地解决了当今传输层和应用层面临的各种需求，包括处理更多的连接，安全性，和低延迟。QUIC融合了包括TCP，TLS，HTTP/2等协议的特性，但基于UDP传输。QUIC的一个主要目标就是减少连接延迟，当客户端第一次连接服务器时，QUIC只需要1RTT（Round-Trip Time）的延迟就可以建立可靠安全的连接,相对于TCP+TLS的1-3次RTT要更加快捷。之后客户端可以在本地缓存加密的认证信息，在再次与服务器建立连接时可以实现0-RTT的连接建立延迟。QUIC同时复用了HTTP/2协议的多路复用功能（Multiplexing），但由于QUIC基于UDP所以避免了HTTP/2的线头阻塞（Head-of-Line Blocking）问题。因为QUIC基于UDP，运行在用户域而不是系统内核，使得QUIC协议可以快速的更新和部署，从而很好地解决了TCP协议部署及更新的困难 。