【文末有惊喜！】DLNA技术初探

 

本文字数：3489字

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DLNA的全称是DIGITAL LIVING NETWORK ALLIANCE(数字生活网络联盟)， 其宗旨是Enjoy your music, photos and videos, anywhere anytime， DLNA(Digital Living Network Alliance) 由索尼、英特尔、微软等发起成立、旨在解决个人电脑，消费电器，移动设备在内的无线网络和有线网络的互联互通，使得数字媒体和内容服务的无限制的共享和增长成为可能，成员公司已达280多家。

DLNA不是一种协议，而是一种解决的方案，一种大家可以遵守的规范。其包括了实现相关标准所需要的一系列协议栈。如HTTPS、SDP、XML、SOAP、UPnP、UDP、TCP/IP等等。DLNA不仅可用于WIFI，还支持Bluetooth等多种通信协议。


01

DLNA架构

1、NetWorking Connectivity 网络互联方式：包括物理连接的标准，有有线的，比如符合IEEE802.3标准的Ethernet；有无线的，比如符合IEEE802.11a/g标准的WiFi等。

2、NetWorking Stack 网络协议栈：DLNA 的网络协议包括 IPv4 和 IPv6，目前对IPv4的支持的比较好，IPv6后续也会支持起来的。

3、Device Discovery&Control 设备的发现跟控制是DLNA的基础协议框架层，是DLNA非常重要的一层。DLNA用UPnP协议来实现设备的发现和控制。

4、Media Management 媒体管理包括媒体内容的识别、管理和分发。UPnP Audio/Video (AV) 技术用来解决 DLNA 设备的多媒体管理。

5、Remote UI 远程用户接口主要定义了网络设备之间的UI 内容是如何被描述，格式化及传输的，也包括不同设备之间的事件发送机制及UI 更新机制。

6、Media Transport 媒体传输：这一层用HTTP( HyperText Transfer Protocol )超文本传输协议。就是平时我们上网用的媒体传输协议。HTTP 用 TCP 可靠传输，也有混合UDP 方式的 HTTP。

7、Media Formats 媒体格式：图片，音频，视频


02

DLNA的功能

DLNA拥有如下功能：

1.探索：网络中寻找无配置的设备并计算出其提供的性能
2.浏览：浏览内容并通过不同方式分类
3.搜索:在设备上寻找特定内容
4.分流:全网发送多媒体内容
5.服务:网络通知通讯录
6.打印:向网络附属打印机发送内容
7.控制:使用网络改变设备状态
8.上传:发送内容到服务器
9.下载:接收并储存内容
10.自动译码:改变分辨率或内容格式来确保设备正确翻译
11.服务保证:区分网络交通优先次序，若网络超载，优先放弃最弱的优先权
12.目前为止DLNA能够识别最大文件数为8000个。

对于客户端来说，我们只用来将客户端的播放地址投放给智能电视盒子。客户端也可以控制智能电视盒子基本播放功能（调节音量，拖动进度，暂停和播放等）。


03

实现DLNA需要了解的内容

首先简单介绍一下手机端和智能设备在DLNA标准定义中的定位。手机端将网络视频投放到智能电视时，手机端作为控制点（Control Point），智能电视作为播放设备。要实现从移动端将网络视频投放至智能电视或机顶盒，首先要保证这些设备在同一个局域网的相同网段下，即共享同一个网关（Internet Gateway）。这样所有设备都能够拥有独立的IP，从而具备相互通信的基础了。

DLNA与UPnP之间的关系 DLNA协议是建立在UPnP协议的基础上的，它依靠UPnP协议来完成设备的搜索、发现和控制，DLNA协议在此基础上对多媒体设备进行了更加详细的分类和约束，它其实更像是UPnP协议的一个子集。相比于UPnP协议，它更加专注于解决多媒体内容的共享的架构。

ST：设备类型对应有如下几种

ssdp:all             //所有支持DLNA的智能设备
upnp:rootdevice         //智能电视、机顶盒、路由器、支持DLNA的电脑设备等
urn:schemas-upnp-org:device:MediaRenderer:1         //可渲染设备
urn:schemas-upnp-org:device:MediaServer:1           //DLNA服务器
urn:schemas-upnp-org:device:InternetGatewayDevice:1 //网关设备

实现DLNA前需要了解的协议有UPnP、SSDP、XML、SOAP、HTTP、UDP、TCP/IP。这里只对UPnP、SSDP和SOAP做下介绍。

UPnP

UPnP(Universal Plug and Play) 即通用即插即用，是由“通用即插即用论坛”（UPnP Forum）推广的一套网络协议。该协议的目标是使家庭网络（数据共享、通信和娱乐）和公司网络中的各种设备能够相互无缝连接，并简化相关网络的实现。UPnP通过定义和发布基于开放、因特网通讯网协议标准的UPnP设备控制协议来实现这一目标。

在 UPnP 网络中，服务、设备和控制点（Control Point，即 CP）是基本组件。UPnP网络中定义的设备具有很广泛的含义，各种各样的家电、电脑外设、智能设备、无线设备、个人电脑等等都可以成为其中一员。一个UPnP设备可以是多个服务的载体和多个子设备的嵌套集。而控制点CP 指的是可以发现并控制其它设备的设备。

SSDP

SSDP（Simple Service Discovery Protocol）简单服务发现协议是构成通用即插即用(UPnP)技术的核心协议之一。简单服务发现协议是在HTTPU和HTTPMU的基础上实现的协议。

SSDP有两种工作方式：

  • 主动通知（Notify）

  • 搜索-响应(HTTP扩展协议：M-SEARCH)，分为多播搜索消息和单播搜索消息。

SOAP

UPnP 的设备控制是基于 SOAP 协议的，SOAP（Simple Object Access Protocol）即简单对象访问协议，是交换数据的一种协议规范，是一种轻量的、简单的、基于XML（标准通用标记语言下的一个子集）的协议，它被设计成在WEB上交换结构化的和固化的信息。在 UPnP 中控制点会向设备的服务发出 Action，并接收结果或错误返回，该动作、结果和错误封装在SOAP中，通过HTTP 请求发送，并通过 HTTP 响应接收。

04

DLNA实现视频投放基本步骤如下

1、搜索设备

CP（Control Point以下均以这个称呼客户端）需要遵循SSDP向默认多播IP和端口发送获取信息的请求。对于CP使用搜索-响应方式来搜索设备即http的扩展协议M-SEARCH。搜索请求消息的格式如下：

M-SEARCH * HTTP/1.1
MX：1               // 随机接收时间最大值
ST：upnp:rootdevice     //搜索设备类型
MAN：ssdp:discover       //默认搜索模式
Connection：close        //连接状态 Keep-Alive:保持 close:不保持
Host：239.255.255.250    // 多播地址
User-Agent：iOS  product/version

这个消息是由UDP端口发送的请求，请求成功会收到UDP端口的返回信息：

HTTP/1.1 200 OK
Location: http://192.168.31.8:1298/
Cache-Control: max-age=1800
Server: UPnP/1.0 DLNADOC/1.50 Platinum/1.0.4.11
EXT: 
USN: uuid:74495474-dmr::urn:schemas-upnp-org:device:MediaRenderer:1
ST: urn:schemas-upnp-org:device:MediaRenderer:1
Date: Fri, 12 Jun 2020 06:54:24 GMT

因为通讯是基于UDP协议发送的，可能会导致丢包的问题，所以建议设备搜索的过程中多发起几次请求，减少错误的产生。此时，CP可以获得的有效信息是LOCATION以及USN(UUID), 控制点仍然对设备知之甚少。所以这一步仅是发现同一局域网下的所有设备，下一步根据需要获取相应设备的DDD(Device Description Document:设备描述文档)。

2、获取DDD

该步骤是请求设备描述，设备有两种信息描述，设备描述以及服务描述，以下是对两种描述的具体解释。

  • 设备描述

包括特定厂商、制造商信息，如模块名称和编号、序列号、制造商名称、特定厂商网站 URL 等。对于设备中的每种服务，描述包含服务类型、名称、服务描述URL、控制URL以及事件URL。设备描述还包括所有嵌入式设备描述及presentationURL.

  • 服务描述

定义了 Action 及其参数，还有状态变量及其数据类型、取值范围和事件特征。每个服务必须包含 0 或多个Action，每个Action必须包含 0 或多个参数，每个参数要么是输入参数要么是输出参数，每个参数对应一个状态变量，每个服务有 1 或多个状态变量。

我们使用LOCATION字段里对应的url去请求设备描述，这些信息都是以xml格式返回。这个请求是基于TCP的HTTP比UDP协议稳定可靠，故不需要多次请求处理容错。请求成功返回的消息如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<root xmlns="urn:schemas-upnp-org:device-1-0" xmlns:dlna="urn:schemas-dlna-org:device-1-0">
  <specVersion>
    <major>1</major>
    <minor>0</minor>
  </specVersion>
  <device>
    <deviceType>urn:schemas-upnp-org:device:MediaRenderer:1</deviceType>
    <friendlyName>............024285-DLNA</friendlyName>
    <manufacturer>DLNA</manufacturer>
    <manufacturerURL>   </manufacturerURL>
    <modelDescription>Media Renderer, DLNA(DMR)</modelDescription>
    <modelName>Media Renderer</modelName>
    <modelURL>   </modelURL>
    <modelNumber>1.0</modelNumber>
    <serialNumber></serialNumber>
    <UDN>uuid:74495474-dmr</UDN>
    <presentationURL>http://192.168.31.8:8080/</presentationURL>
    <dlna:X_DLNADOC xmlns:dlna="urn:schemas-dlna-org:device-1-0">DMR-1.50</dlna:X_DLNADOC>
    <serviceList>
      <service>
        <serviceType>urn:schemas-upnp-org:service:AVTransport:1</serviceType>
        <serviceId>urn:upnp-org:serviceId:AVTransport</serviceId>
        <SCPDURL>/AVTransport/74495474-dmr/scpd.xml</SCPDURL>
        <controlURL>/AVTransport/74495474-dmr/control.xml</controlURL>
        <eventSubURL>/AVTransport/74495474-dmr/event.xml</eventSubURL>
      </service>
      <service>
        <serviceType>urn:schemas-upnp-org:service:ConnectionManager:1</serviceType>
        <serviceId>urn:upnp-org:serviceId:ConnectionManager</serviceId>
        <SCPDURL>/ConnectionManager/74495474-dmr/scpd.xml</SCPDURL>
        <controlURL>/ConnectionManager/74495474-dmr/control.xml</controlURL>
        <eventSubURL>/ConnectionManager/74495474-dmr/event.xml</eventSubURL>
      </service>
      <service>
        <serviceType>urn:schemas-upnp-org:service:RenderingControl:1</serviceType>
        <serviceId>urn:upnp-org:serviceId:RenderingControl</serviceId>
        <SCPDURL>/RenderingControl/74495474-dmr/scpd.xml</SCPDURL>
        <controlURL>/RenderingControl/74495474-dmr/control.xml</controlURL>
        <eventSubURL>/RenderingControl/74495474-dmr/event.xml</eventSubURL>
      </service>
    </serviceList>
  </device>
</root>

通过这个xml格式的消息，我们可以得到详细的设备信息。serviceList里面对应的信息都是比较重要的，表明了该设备可以提供的服务。有了设备信息，但是现在还不知道如何使用CP控制这些设备。所以接下来我们要请求下设备的SDD(Service Description Document: 服务描述文档)。

3、获取SDD

xml返回的消息里面SCPDURL这个字段的内容就是请求SDD的路径地址，我们将其与之前在SSDP发现设备阶段获取到的响应消息中的LOCATION字段内容中设备的IP和端口号拿过来，拼接成完整URL字符串:

http://192.168.31.8:1298/AVTransport/74495474-dmr/scpd.xml

使用此url发送一个get请求即可得到SDD,返回格式如下：

<scpd xmlns="urn:schemas-upnp-org:service-1-0">
<specVersion>
<major>1</major>
<minor>0</minor>
</specVersion>
<actionList>
<action>
<name>SetAVTransportURI</name>
<argumentList>
<argument>
    <name>InstanceID</name>
    <direction>in</direction>
   <relatedStateVariable>A_ARG_TYPE_InstanceID</relatedStateVariable>
</argument>
<argument>
<name> CurrentURI </name>
<direction>in</direction>
<relatedStateVariable> AVTransportURI </relatedStateVariable>
</argument>
<argument>
      <name>CurrentURIMetaData</name>
      <direction>in</direction>
   <relatedStateVariable>AVTransportURIMetaData</relatedStateVariable>
</argument>
</argumentList>
</action>
……
</actionList>
<serviceStateTable>
<stateVariable sendEvents="no">
<name>CurrentPlayMode</name>
<dataType>string</dataType>
<defaultValue>NORMAL</defaultValue>
<allowedValueList>
<allowedValue>NORMAL</allowedValue>
<allowedValue>REPEAT_ONE</allowedValue>
<allowedValue>REPEAT_ALL</allowedValue>
<allowedValue>SHUFFLE</allowedValue>
<allowedValue>SHUFFLE_NOREPEAT</allowedValue>
</allowedValueList>
</stateVariable>
…
</serviceStateTable>
</scpd>

上面展示了部分服务描述信息，actionList下面对应的是动作列表，如actionList下这个SetAVTransportURI，这个请求的功能是将一个音视频资源的URI发送给渲染端。一个动作(Action)类似一个API请求，你还需要传递一些要求的参数，这时就会用到该Action后面argumentList里规定的一些Argument。比如根据第一个参数<name>CurrentURI</name>，表示的就是你想发送的URI；同时<direction>in</direction>表示的是这是一个传入参数，如果为out则表示该动作会返回给你这个参数的值。

4、请求服务

UPnP 的设备控制是基于 SOAP 协议的，SOAP（Simple Object Access Protocol）即简单对象访问协议，是交换数据的一种协议规范，是一种轻量的、简单的、基于XML（标准通用标记语言下的一个子集）的协议，它被设计成在WEB上交换结构化的和固化的信息。在 UPnP 中控制点会向设备的服务发出 Action，并接收结果或错误返回，该动作、结果和错误封装在SOAP中，通过HTTP 请求发送，并通过 HTTP 响应接收。

根据DDD以及SDD我们可以知道请求服务需要的所有信息。可以按照DLNA规定的格式给设备发送请求服务，url是通过请求DDD返回消息里面的   <controlURL>/RenderingControl/74495474-dmr/control.xml</controlURL> 获取的，DLNA规定请求动作的格式如下：

POST /AVTransport/74495474-dmr/control.xml HTTP/1.1
HOST: 192.168.31.8:1298
Content-Type: text/xml; charset="utf-8"
SOAPAction: "urn:schemas-upnp-org:service:AVTransport:1#SetAVTransportURI"
<?xml version="1.0"?>
  <s:Envelope xmlns:s="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/" s:encodingStyle="http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/">
  <s:Body>
    <u:SetAVTransportURI xmlns:u="urn:schemas-upnp-org:service:AVTransport:1">
      <InstanceID>0</InstanceID>
      <CurrentURI>yourAVURI</CurrentURI>
    </u:SetAVTransportURI>
  </s:Body>
</s:Envelope>

  • IP是SSDP发现设备时的IP；

  • 内容是SDD中serviceType与Action名字拼接而成；

  • <u:SetAVTransportURI xmlns:u="urn:schemas-upnp-org:service:AVTransport:1">也是由serviceType和Action名字组合而成；

  • 和是action里面需要传入的参数

如果设备给CP返回200的消息，则代表此次请求服务成功。注意服务请求使用的是POST。

以上就是简单实现了由手机端控制智能电视的所有步骤。


05

总结

DLNA目前在项目里与设备的交互都是明文传输，没有办法预防投屏的播放地址被抓取。无法使用HTTPS等安全传输协议，除非能和需要适配的DLNA设备厂商进行合作协商。DLNA完整流程图如下：

DLNA 组织虽然在2017年1月15日正式解散 但是多屏推送技术还是很有用并且很实用。

THE END

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