SDP/STUN/TURN/ICE

对这几种名称进行简单介绍如下：

• SDP是一种用于描述媒体信息的标准协议，例如分辨率、编码器、加密等
• Offer/Answer，我们要和对端交换的描述信息就称为Offer，对端发给我们的描述信息就称为Answer，不同客户端支持的编解码类型是不一样的，所以需要协商
• STUN是一种获取NAT公网IP，以及NAT类型的协议
• TURN是在STUN基础上增加转发功能的协议
• ICE就是把STUN和TURN的结合

SDP

以下SDP内容完全来自维基-Session Description Protocol，阅读原文获取更全面的信息。

SDP是用于描述流媒体通信参数的格式。IETF在1998年4月发布了原始规范作为拟议标，随后在2006年7月发布了修订的规范RFC4566。
SDP用于会话描述通告，会话邀请和参数协商等多媒体通信会话。SDP本身并不传递任何媒体，而是在端点之间用于协商媒体类型，格式和所有相关属性。属性和参数的集合通常称为会话配置文件。
SDP被设计为可扩展的，以支持新的媒体类型和格式。SDP最初是作为会话公告协议（SAP）的组成部分，但发现它与实时传输协议（RTP），实时流协议（RTSP），会话发起协议（SIP）和即使是用于描述多播会话的独立格式。

STUN

以下STUN内容完全来自维基-STUN，阅读原文获取更全面的信息。

STUN（Session Traversal Utilities for NAT，NAT会话穿越应用程序）是一种网络协议，它允许位于NAT（或多重NAT）后的客户端找出自己的公网地址，查出自己位于哪种类型的NAT之后以及NAT为某一个本地端口所绑定的Internet端端口。这些信息被用来在两个同时处于NAT路由器之后的主机之间创建UDP通信。该协议由RFC 5389定义。

一旦客户端得知了Internet端的UDP端口，通信就可以开始了。如果NAT是完全圆锥型的，那么双方中的任何一方都可以发起通信。如果NAT是受限圆锥型或端口受限圆锥型，双方必须一起开始传输。

STUN使用下列的算法（取自RFC 3489）来发现NAT gateways类型以及防火墙（firewalls）

一旦路经通过红色箱子的终点时，UDP的沟通是没有可能性的。一旦通过黄色或是绿色的箱子，就有连线的可能。

• 1.STUN客户端向STUN服务器发送请求,要求得到自身经NAT映射后的地址:

  • a. 收不到服务器回复,则认为UDP被防火墙阻断,不能通信,网络类型:Blocked.
  • b. 收到服务器回复,对比本地地址,如果相同,则认为无NAT设备,进入第2步,否则认为有NAT设备,进入3步.

• 2.(已确认无NAT设备)STUN客户端向STUN服务器发送请求,要求服务器从其他IP和PORT向客户端回复包:

  • a. 收不到服务器从其他IP地址的回复,认为包被前置防火墙阻断,网络类型:Symmetric UDP Firewall.
  • b. 收到则认为客户端处在一个开放的网络上,网络类型:Opened.

• 3.(已确认存在NAT设备)STUN客户端向STUN服务器发送请求,要求服务器从其他IP和PORT向客户端回复包:

  • a. 收不到服务器从其他IP地址的回复,认为包被前置NAT设备阻断,进入第4步.
  • b. 收到则认为NAT设备类型为Full Cone,即网络类型:Full Cone NAT.

• 4.STUN客户端向STUN服务器的另外一个IP地址发送请求,要求得到自身经NAT映射后的地址,并对比之:

  • a. 地址不相同,则网络类型:Symmetric NAT.
  • b. 相同则认为是Restricted NAT,进入第5步,进一步确认类型.

• 5.(已确认Restricted NAT设备)STUN客户端向STUN服务器发送请求,要求服务器从相同IP的其他PORT向客户端回复包:

  • a. 收不到服务器从其他PORT地址的回复,认为包被前置NAT设备阻断,网络类型:Port Restricted cone NAT.
  • b. 收到则认为网络类型: Restricted cone NAT.

有了上面的理论以后，我们来看看WebRTC的代码。WebRTC实现了STUN的功能，包括了客户端和服务端以及NAT探测，它使用的是RFC 5389协议。

服务端实现

WebRTC的STUN实现stunserver.cc很简单，收到stun客户端的请求，然后把客户端的最外层地址返回给用户。

// 判断是不是stun格式，如果是拍判断消息类型，目前仅仅支持STUN_BINDING_REQUEST消息
void StunServer::OnPacket(rtc::AsyncPacketSocket* socket, const char* buf, size_t size,const rtc::SocketAddress& remote_addr,const rtc::PacketTime& packet_time) {// Parse the STUN message; eat any messages that fail to parse.rtc::ByteBufferReader bbuf(buf, size);StunMessage msg;if (!msg.Read(&bbuf)) {return;}// Send the message to the appropriate handler function.switch (msg.type()) {case STUN_BINDING_REQUEST:OnBindingRequest(&msg, remote_addr);break;default:SendErrorResponse(msg, remote_addr, 600, "Operation Not Supported");}
}
// 构建一个stun的response消息，并写入stun客户的外网地址
void StunServer::OnBindingRequest(StunMessage* msg, const rtc::SocketAddress& remote_addr) {StunMessage response;GetStunBindReqponse(msg, remote_addr, &response);SendResponse(response, remote_addr);
}
// 返回response数据给客户端
void StunServer::SendResponse(const StunMessage& msg, const rtc::SocketAddress& addr) {rtc::ByteBufferWriter buf;msg.Write(&buf);rtc::PacketOptions options;if (socket_->SendTo(buf.Data(), buf.Length(), addr, options) < 0)LOG_ERR(LS_ERROR) << "sendto";
}

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客户端实现

客户端的实现简单来说就是构建一个标准的STUN消息请求并发送给不同的STUN服务器（或许存在多个不同的STUN服务器，我还不能明白存在多个STUN服务器的意义），并收集STUN服务器返回的自身的外网IP，并放到candidates中。虽然代码看着不少，因为代码要考虑健壮性。
CreateStunPorts -> StunPort::Create -> new StunPort -> new UDPPort -> UDPPort::Init -> UDPPort::OnLocalAddressReady -> StunRequestManager::SendDelayed -> UDPPort::OnSendPacket -> UDPPort::OnReadPacket -> StunBindingRequest::OnResponse -> StunRequestManager::CheckResponse -> UDPPort::OnStunBindingRequestSucceeded

// 构建一个StunPort，StunPort是对见Port的简单封装
void AllocationSequence::CreateStunPorts() {...StunPort* port = StunPort::Create(session_->network_thread(), session_->socket_factory(), network_,session_->allocator()->min_port(), session_->allocator()->max_port(),session_->username(), session_->password(), config_->StunServers(),session_->allocator()->origin());...
}
// 初始化StunPort
static StunPort* Create(rtc::Thread* thread, rtc::PacketSocketFactory* factory,  rtc::Network* network, ...) {StunPort* port = new StunPort(thread, factory, network, min_port, max_port, username, password, servers, origin);if (!port->Init()) { delete port; port = NULL;  }
}
// StunPort是对UDPPort的子类
StunPort(rtc::Thread* thread, rtc::PacketSocketFactory* factory,  rtc::Network* network, uint16_t min_port,  uint16_t max_port,  ...): UDPPort(thread, factory, network, min_port, max_port, username, password, origin, false) {// UDPPort will set these to local udp, updating these to STUN.set_type(STUN_PORT_TYPE);set_server_addresses(servers);
}
// 创建一个UDP Socket，这个Socket也是WebRTC的封装，不细说，当Socket的状态发生变化的时候会通过Socket的`Signal`信号槽回调出来
bool UDPPort::Init() {...socket_ = socket_factory()->CreateUdpSocket(rtc::SocketAddress(Network()->GetBestIP(), 0), min_port(), max_port());socket_->SignalReadPacket.connect(this, &UDPPort::OnReadPacket);socket_->SignalSentPacket.connect(this, &UDPPort::OnSentPacket);socket_->SignalReadyToSend.connect(this, &UDPPort::OnReadyToSend);socket_->SignalAddressReady.connect(this, &UDPPort::OnLocalAddressReady);requests_.SignalSendPacket.connect(this, &UDPPort::OnSendPacket);return true;
}
// Socket地址可用回调此函数，在这里会先收集local candiate，然后调用MaybePrepareStunCandidate获取本机的外网地址
void UDPPort::OnLocalAddressReady(rtc::AsyncPacketSocket* socket, const rtc::SocketAddress& address) {rtc::SocketAddress addr = address;MaybeSetDefaultLocalAddress(&addr);AddAddress(addr, addr, rtc::SocketAddress(), UDP_PROTOCOL_NAME, "", "", LOCAL_PORT_TYPE, ICE_TYPE_PREFERENCE_HOST, 0, "", false);MaybePrepareStunCandidate();
}
// 判断是否需要向STUN服务器请求本机外网地址或者判断是否完成了获取外网地址的请求
void UDPPort::MaybePrepareStunCandidate() {if (!server_addresses_.empty()) {SendStunBindingRequests();} else {MaybeSetPortCompleteOrError();}
}
// 依次向不同的服务器请求外网地址
void UDPPort::SendStunBindingRequests() {for (ServerAddresses::const_iterator it = server_addresses_.begin(); it != server_addresses_.end(); ++it) {SendStunBindingRequest(*it);}
}
// 如果STUN服务器地址可用，那么向此服务器发送一个binding请求
void UDPPort::SendStunBindingRequest(const rtc::SocketAddress& stun_addr) {if (stun_addr.IsUnresolvedIP()) {ResolveStunAddress(stun_addr);} else if (socket_->GetState() == rtc::AsyncPacketSocket::STATE_BOUND) {if (IsCompatibleAddress(stun_addr)) {requests_.Send(new StunBindingRequest(this, stun_addr, rtc::TimeMillis()));} else {OnStunBindingOrResolveRequestFailed(stun_addr);}}
}
// 进一步完成StunRequest的设定，并把此数据发送给stun服务器
void StunRequestManager::SendDelayed(StunRequest* request, int delay) {request->set_manager(this);RTC_DCHECK(requests_.find(request->id()) == requests_.end());request->set_origin(origin_);request->Construct();requests_[request->id()] = request;if (delay > 0) {thread_->PostDelayed(RTC_FROM_HERE, delay, request, MSG_STUN_SEND, NULL);} else {thread_->Send(RTC_FROM_HERE, request, MSG_STUN_SEND, NULL);}
}
// 通过SignalSendPacket发送数据，紧接着判断已经发送的次数，以及超时情况
void StunRequest::OnMessage(rtc::Message* pmsg) {tstamp_ = rtc::TimeMillis();rtc::ByteBufferWriter buf;msg_->Write(&buf);manager_->SignalSendPacket(buf.Data(), buf.Length(), this);OnSent();manager_->thread_->PostDelayed(RTC_FROM_HERE, resend_delay(), this, MSG_STUN_SEND, NULL);
}
// 调用udp socket把数据发出去
void UDPPort::OnSendPacket(const void* data, size_t size, StunRequest* req) {StunBindingRequest* sreq = static_cast<StunBindingRequest*>(req);rtc::PacketOptions options(DefaultDscpValue());if (socket_->SendTo(data, size, sreq->server_addr(), options) < 0)PLOG(LERROR, socket_->GetError()) << "sendto";
}
// 如果是stun服务器返回的消息，则调用CheckResponse检查是啥消息
void UDPPort::OnReadPacket(rtc::AsyncPacketSocket* socket, const char* data,  size_t size, const rtc::SocketAddress& remote_addr,  const rtc::PacketTime& packet_time) {if (server_addresses_.find(remote_addr) != server_addresses_.end()) {requests_.CheckResponse(data, size);return;}