526互联

WebRTC研究：RTP报头扩展

发布时间 2023-08-03 18:16:01作者: WillingCPP

RTP Header

RTP协议中，RTP Header（报头）包括固定报头（Fixed Header）与报头扩展（Header extension，可选）。

RTP Fixed Header结构如下，其中前12字节是每个RTP包必须包含的。

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |V=2|P|X|  CC   |M|     PT      |       sequence number         |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                           timestamp                           |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |           synchronization source (SSRC) identifier            |
   +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
   |            contributing source (CSRC) identifiers             |
   |                             ....                              |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

但是这Fixed Header携带的信息满足不了更复杂的需求。所以引入了RTP Header Extension，可以携带更多的信息。

RTP Header Extension
如果RTP Fixed Header中，X字段为1，说明后面跟着RTP Header Extension。RTP Header Extension结构如下：

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |      defined by profile       |           length              |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                        header extension                       |
   |                             ....                              |

defined by profile：决定使用哪种Header Extension：one-byte或者two-byte header
length:表示Header Extension的长度：length x 4字节

One-Byte Header

对于One-Byte Header，"defined by profile"字段为固定的0xBEDE。接着后面的结构如下：

       0
       0 1 2 3 4 5 6 7
      +-+-+-+-+-+-+-+-+
      |  ID   |  len  |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+

ID:4-bit长度的ID表示本地标识符
len:表示extension data长度，范围：0~15，为0表示长度为1字节，15表示16字节
如下是一个One-Byte Header的示例：


       0                   1                   2                   3
       0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |       0xBE    |    0xDE       |           length=3            |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |  ID   | L=0   |     data      |  ID   |  L=1  |   data...
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
            ...data   |    0 (pad)    |    0 (pad)    |  ID   | L=3   |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |                          data                                 |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

首先是0xBEDE固定字段开头，接着length长度为3，说明后面跟着3x4字节长度的header extension 。对于第一个header extension：L=0，表示data长度为1字节。对于第二个header extension：L=1，表示data长度为2字节。由于按4字节对齐，所以接着是值为0的填充数据。最后一个header extension：L=3，表示data长度为4字节。

WireShark抓包分析

如下是WireShark抓包WebRTC视频流解析的一个RTP包结构：

Defined by profile字段为0xBEDE，表示One-Byte Header，Extension length为1，表示Header Extension长度为1x4字节，对于Header Extension：ID为3，Lengh为2。

相关代码Review

构造相关代码位于RtpPacket::AllocateRawExtension中
解析相关代码位于RtpPacket::ParseBuffer中
大家可以对着WebRTC相关代码熟悉下协议。

Two-Byte Header

"defined by profile"字段结构如下：

       0                   1
       0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |         0x100         |appbits|
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

接着后面跟着的每个扩展元素结构如下：

   0                   1
   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |       ID      |     length    |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

ID：本地标识符
length:表示extension data长度，范围1~255
如下是一个Two-Byte Header示例：


       0                   1                   2                   3
       0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |       0x10    |    0x00       |           length=3            |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |      ID       |     L=0       |     ID        |     L=1       |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |       data    |    0 (pad)    |       ID      |      L=4      |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
      |                          data                                 |
      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

首先"defined by profile"字段为0x1000，length为3，后面跟着3x4字节长度扩展，对于第一个header extension：L=0，数据长度为0，对于第二个header extension：L=1，data长度为1，接着是填充数据，对于第三个header extension：L=4，后面跟着4字节长度数据。

由于WebRTC中默认都是One-Byte Header，所以就不抓包分析了，具体构造解析代码跟One-Byte Header位于同一地方。

常见RTP Header Extension
在WebRTC中定义了很多RTP Header Extension，最常见的要数用于带宽估计的Transport-CC扩展， 记录一个传输层的序列号：TransportSequenceNumber，默认每个RTP包都带有此扩展。

当然还有记录音量的AudioLevel扩展，记录发送时间的AbsoluteSendTime扩展等等。

看下目前WebRTC支持的几种Header Extension：

enum RTPExtensionType : int {
kRtpExtensionNone,
kRtpExtensionTransmissionTimeOffset,
kRtpExtensionAudioLevel,
kRtpExtensionInbandComfortNoise,
kRtpExtensionAbsoluteSendTime,
kRtpExtensionAbsoluteCaptureTime,
kRtpExtensionVideoRotation,
kRtpExtensionTransportSequenceNumber,
kRtpExtensionTransportSequenceNumber02,
kRtpExtensionPlayoutDelay,
kRtpExtensionVideoContentType,
kRtpExtensionVideoLayersAllocation,
kRtpExtensionVideoTiming,
kRtpExtensionRtpStreamId,
kRtpExtensionRepairedRtpStreamId,
kRtpExtensionMid,
kRtpExtensionGenericFrameDescriptor00,
kRtpExtensionGenericFrameDescriptor = kRtpExtensionGenericFrameDescriptor00,
kRtpExtensionGenericFrameDescriptor02,
kRtpExtensionColorSpace,
kRtpExtensionVideoFrameTrackingId,
kRtpExtensionNumberOfExtensions
};
SDP
如下是某个示例SDP内容：

m=video 9 UDP/TLS/RTP/SAVPF 127 97 98 99 100 101 125 121 124 120 123
c=IN IP4 0.0.0.0
a=rtcp:9 IN IP4 0.0.0.0
a=ice-ufrag:XQ5X
a=ice-pwd:ROZxiR4lwF7PvysKHFDcEYdq
a=ice-options:trickle
a=fingerprint:sha-256 FE:D2:E8:F9:2B:CD:7C:03:12:2E:91:40:E4:F2:D1:32:79:76:98:5D:36:4F:3A:9F:47:BD:15:23:36:80:F4:89
a=setup:actpass
a=mid:1
a=extmap:14 urn:ietf:params:rtp-hdrext:toffset
a=extmap:2 http://www.webrtc.org/experiments/rtp-hdrext/abs-send-time
a=extmap:13 urn:3gpp:video-orientation
a=extmap:3 http://www.ietf.org/id/draft-holmer-rmcat-transport-wide-cc-extensions-01
a=extmap:12 http://www.webrtc.org/experiments/rtp-hdrext/playout-delay
a=extmap:11 http://www.webrtc.org/experiments/rtp-hdrext/video-content-type
a=extmap:7 http://www.webrtc.org/experiments/rtp-hdrext/video-timing
a=extmap:8 http://www.webrtc.org/experiments/rtp-hdrext/color-space
a=extmap:4 urn:ietf:params:rtp-hdrext:sdes:mid
a=extmap:5 urn:ietf:params:rtp-hdrext:sdes:rtp-stream-id
a=extmap:6 urn:ietf:params:rtp-hdrext:sdes:repaired-rtp-stream-id
a=sendrecv
a=msid:stream_id video_label
a=rtcp-mux
a=rtcp-rsize
a=rtpmap:127 VP8/90000
a=rtcp-fb:127 goog-remb
a=rtcp-fb:127 transport-cc
SDP中，a=extmap开头即为RTP Header Extension。

对于RFC中定义的RTP Header Extension，SDP格式如下：

a=extmap: urn:ietf:params:rtp-hdrext:
对于WebRTC中自定义的RTP Header Extension，SDP格式如下：

a=extmap: