流媒体学习笔记-RTMP、HLS、CDN

channnxy
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相关协议

RTMP协议

实时消息传输协议。

基于TCP协议簇，属于TCP/IP四层模型的应用层，是用于实现实时数据通讯的网络协议。

连接时一整条数据流封装成FLV通过HTTP提供出去，没有落地文件，基于TCP长连接，不需要多次重连。

RTMP数据包结构

基本头：

  1. 1B：CSID（唯一索引）
  2. 2B：1B置0,剩下一个字节表示CSID-64
  3. 3B：1B置1，CSID = 第一个字节的值*256+第二个字节的值*64

消息头：

​ timetamp: 3B

​ message-length：1B，Message总长，不是切片长

​ type-id：1B，实际发送数据类型，8 -> 音频，9 -> 视频

​ stream-id：4B，当前chunl所在的ID

扩展时间戳

块数据

最大的块至少128B，块至少携带一个字节的内容

握手

  1. 过程简述

    握手包含三个固定大小的块，客服端发送的三个是C0，C1，C2，服务端的三个是S0，S1，S2.

    client--> server : 发送一个创建流的请求 （C0、C1）。

    server--> client : 返回一个流的索引号 （S0、S1、S2）。

    client--> server : 开始发送 （C2）

    client--> server : 发送音视频数据（这些包用流的索引号来唯一标识）

  2. 完整握手的包格式

    C0、S0： 1B，RTMP的版本，一般为3。

    C1、S1： time（4B）+version（4B）+digest（764B）+key（764B）

    C2、S2：random-data（1504B）+ digest-data（32B）

  3. 简单握手的包格式

    C0、S0：

    ​ 1B，RTMP的版本，一般为3，如果服务器无法识别版本号，应该回复版本3，客户端可以选择把版本降低到3，或者终止握手。

    C1、S1：

    ​ time（4B）：用时间戳，标识所有流段的时刻，尽可能多个流块使用相同的时间戳进行同步。

    ​ zero（4B）：必须为全0。

    ​ random（1528B）：可以包括任何数据，必须随机，作为后续识别的索引。

    C2、S2： C1和S1的回应

    ​ time（4B）：对端发送的时间戳

    ​ time2（4B）：接受对端发送过来的包的时刻

    ​ random（1628B）：对端发送过来的随机数

中断消息

他通讯一方将接收到的chunk-id作为当前协议有效数据，标识哪个chunk-id可以被丢弃

HLS协议

苹果公司发布的基于HTTP流媒体传输协议，原理是把直播流切片传输，每次用户可以只下载一部分，这部分可以在不同的备用源中下载（最近节点）。

基于HTTP80端口传输，很少会被防火墙拦下来。

同时，基于HTTP协议客户端按顺序下载春处在服务器的普通TS文件。

img

Video inputs

进行视频推流，视频源文件格式任意，协议一般RMTP。

Server

负责转码和切片。

传到服务器上的文件，转码模块将视频源中的数据转码成H264然后再stream segmenter中切片成ts文件

Distruibution

切片器创建一个索引文件，先下载一级Index file，里面记录了二级索引（alternate-A、Alternate-B、Alternate-C）的地址，然后客户端再去下载二级索引，二级索引中记录ts文件的下载地址。

client

通过HTTP协议播放视频。

会话模式

  • 点播

    可以获取到一个静态的索引文件，包含完整的资源文件地址，VOD点播拥有加密认证技术和动态切换文件传输速率的功能。

  • Live

    实时事件的录制展示，索引文件动态变化，需要不停地更换索引文件，移除旧的索引文件。

协议规定

  • 视频的封装格式是TS、m3u8。
  • 视频的编码格式为H264,音频编码格式为MP3、AAC或者AC-3。
  • 除了TS视频文件本身，还定义了用来控制播放的m3u8文件（文本文件）。

m3u8文件

  • #EXTM3U

    每个M3U文件第一行都是这个tag，起标示作用

  • #EXT-X-VERSION

    标示协议版本

  • #EXT-X-STREAM-INF

    [,attribute = value]*

    标签属性：

    ​ BANDWIDTH 指定码率

    ​ PROGRAM-ID 唯一ID

    ​ CODECS 指定编码类型

  • #EXT-X-MEDIA-SEQUENCE

    每个media URI在playlist中只有唯一序号，相邻之间序号相连。

几个协议的对比

协议 实现原理 延时 穿透性 跨平台 应用场景
RMTP TCP传输流数据 1-3s 1935端口可能禁用 差 低延时的互动直播，APP端
HLS 视频切片，传输ts切片文件 取决于切片大小，一般>10s 高 好 非互动直播，微信端
HDL 通过HTTP协议传输FLV文件 1-3s 好于RTMP 高 差 低延时互动直播

CDN原理

流程

  1. 本地DNS解析URL，DNS系统将域名解析权交给CNAME指向的CDN专用DNS服务器。

  2. CDN的DNS服务器将全局负载均衡设备IP返回给用户，浏览器向服务器发起访问请求

  3. CDN全局负载均衡设备根据设备IP地址和URL，选择一台用户所属区域的负载均衡设备，让浏览器发起请求

  4. 区域负载均衡设备选择一台合适的缓存服务器提供服务：

    • IP地址，离哪个服务器最近；
    • 根据URL携带内容名称，看哪个服务器上有用户所需内容
    • 服务器负载，哪台服务器还有能力

  5. 全局负载均衡设备把服务器的IP地址返回给用户

  6. 用户向缓存服务器发起请求，缓存服务响应请求，如果缓存服务器上没有内容，就要向上一级缓存服务器请求内容，直至追溯到网站的源服务器将内容拉到本地。

20161218110600795

缓存算法

负载均衡（Nginx）

作用

主要负责对所有发起服务请求的用户进行访问调度，确定提供给用户的地址是最终地址。

两级调度体系分为全局负载均衡（GSLB）和本地负载均衡（SLB），GSLB通过对每个服务节点进行最优判断

web集群

是由多个同时运行同一个web应用的服务器组成，一般分成三大类：

  • 高性能集群（HPC）：

    以提高科学计算能力为目标的集群技术

  • 高可用集群（HA）

    如果高可用集群中的某个节点发生故障，那么这段时间内将由其他节点代替它的工作。

    这种集群，一般有两种工作方式

    1. 主-主（Active-Active）方式：

      支撑用户业务的应用程序正常状态下分别在两台节点上运行，但给某一方资源系统故障时，就会将应用和相关资源切换到对方节点上。

      这样不会有服务器闲置，如果故障发生，导致应用字同一台服务器上娙，可能会导致处理能力不够的情况。

    2. 主 - 从（Active - Standby）工作方式：

      为了提高可用性，主节点处理客户机请求，备用节点处于空闲状态，当主节点出现故障时，备用节点结题工作。

      这种方式，节点二能完全接管应用保证运行时的处理能力要求，但是正常工作时会造成资源浪费。

  • 高可用扩展集群

    带有负载均衡算法的服务器集群技术，每个节点都处理一部分负载，并且可以动态的分配负载。

策略

  • 轮询

    按请求时间顺序逐一分配到不同的后端你服务器，如果后端服务器down掉，自动剔除

    upstream backserver{
    server 192.168.0.14; 
	server 192.168.0.15; 
}

  • 指定权重

    在轮询几率，在后端服务器性能不均的情况，weight和访问比率成正比。

    upstream backserver{
    server 192.168.0.14; 
	server 192.168.0.15; 
}

  • ip绑定hash

    每个请求按访问ip的hash结果分配，这样每个访客固定一个后端服务器

  • fair

    按后端服务器响应时间来分配请求，响应时间短的优先

    upstream backserver{
	server server1;
	server server2;
	fair;
}

  • url_hash

    按访问url的hash结果匹配，每个url定向到同一个后端服务器，当后端服务器为缓存的时候有效。

    upstream backserver { 
    server squid1:3128; 
    server squid2:3128; 
    hash $request_uri; 
    hash_method crc32; 
}

淘宝开源Nginx负载均衡框架：Tengine

服务分发

负责响应最终用户的请求，把缓存在本地的内容快速地提供给用户

推流

推流，即主播将自己本地客户端采集编码后的视频数据“推”出去，上行到流媒体服务器。

img

边缘推流

功能：有限将视频推流至最优CDN节点，保证用户访问的都是最佳上行网络。

中心推流

功能：通过BGP线路将视频流直接传输至直播中心进行内容分发。

拉流

服务器已有直播内容，根据协议与服务器建立连接并接收数据，进行拉取的过程。

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