一、引言

從流媒體的業務特征和TCP，UDP各種特點，UDP在媒體傳輸方面具有很大優越性，但UDP可靠性需要業務開發這投入大量的人力；相反 tcp 技術成熟，可以復用已穩定的http 服務器技術，不需要投入人力和技術解決可靠性問題，成熟，開發簡單，拿來即用。故TCP在傳統的流媒體協議還是廣泛存在。但實際的網絡擁塞，帶寬不足，信號衰減會造成tcp 傳輸的音視頻體驗很糟糕。對穩定性，實時性，抗弱網抖動性的要求高的場景，UDP媒體傳輸技術正在崛起。

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二、UDP傳輸常見使用場景：

1）視頻監控

在視頻監控場景，無論是RTSP，還是gb28181，媒體都是UDP承載（也存在通過TCP承載RTSP封裝RTP媒體流，但這種用法不多，不符合國標用法和通用做法）

2）IPTV電視

在IPTV中，無法是點播還是直播，都是UDP承載電視節目碼流。

3）會議電視

?? 在傳統的會議電視，信令協議從h323過度到主流的sip,但媒體承載還是UDP封裝的RTP流

4）音視頻通話

無論是傳統的VoIP還是目前互聯網上流行的webrtc，也都是UDP承載的RTP碼流

三、可靠性的UDP傳輸方案

既然udp是音視頻傳輸的理想方案，但udp可靠性工作需要投入大量工作，技術門檻高，小團隊幾乎望而卻步。那有沒有一種可用的開源技術即具備tcp的可靠性，又具備udp的低延遲性？答案是肯定的。類似的sctp,quic,kcp的可靠UDP傳輸方法某些大廠開始引入媒體傳輸中，下面介紹幾種目前比較流行的可靠UDP技術。

１）UDT(UDP-based Data Transfer Protocol)

　UDT的主要目的是支持高速廣域網上的海量數據傳輸，所以除了在UDP之上實現類似TCP的協議和算法之外，UDT還對TCP的擁塞算法做了一些細節上的調整，包括Negative-ACK(NAK)、ACK to ACK(ACK2)、基于對數的動態AIMD等。不過UDT的重傳效率較低，無效報文，實際效果并不理想。

參考實現：https://git.dorkbox.com/dorkbox/UDT/src/branch/master/src

２）KCP

KCP是一個很簡單的ARQ的實現，包括選擇重傳和快重傳等機制，對上層提供一個可靠的字節流。應用層可以使用多流復用的框架來實現對多個流的支持。另外，KCP增加了可配置啟用的加密和FEC選項，FEC用的是Reed-Solomon糾刪碼，例如可以配置發送10%的冗余數據，來減少丟包時需要的重傳，從而降低數據傳輸的延時。

參考實現：https://github.com/skywind3000/kcp

３）QUIC

QUIC是Google實現的一種可靠UDP傳輸協議，并且已經被選擇作為HTTP/3的基礎。它的特點有：

ａ）內建安全性，集成TLS

ｂ）連接建立過程和TLS協商過程合并，減少往返請求次數，提高連接速度

ｃ）集成多種擁塞算法，包括最新的BBR

ｄ）多流支持，每個流有獨立的擁塞控制，避免單個流中的丟包阻塞其它所有流（Head-of-line Blocking問題），更好的支持類似HTTP/2中的亂序請求

ｅ）連接遷移：QUIC可以通過連接ID來唯一標識一個連接，當用戶在有線、無線、移動網絡之間切換時，可以保持上層連接的有效性，不需要再進行重連。

另外，早期的QUIC還使用了一種基于異或的FEC算法，不過在新版本中已經去掉。該協議已經在chromium中實現，參考獲取方法：https://www.chromium.org/quic/playing-with-quic

４）uTP

uTP是BitTorrent中新增加的一種UDP傳輸協議，主要特點是使用了LEDBAT（Low Extra Delay Background Transport）擁塞算法。這種算法基于延時來檢測網絡擁塞，可以更早的探測到擁塞和更早的以及更大幅度的進行避讓，從而避免影響用戶上網操作的進行，保持后臺下載跟前臺操作的和平共處。

參考實現：https://github.com/bittorrent/libutp

５）SCTP（Stream Control Transmission Protocol，流控制傳輸協議）

準確的說，SCTP不是一種可靠UDP協議，而是一種跟TCP/UDP平級的傳輸層協議，是IETF在2000年指定的標準協議。目前Linux和部分UNIX已經集成，Windows和Mac需要使用第三方包來實現。SCTP最初主要用于電信系統，它的特點有：

ａ）跟TCP一樣面向連接，提供可靠傳輸

ｂ）跟UDP一樣面向消息

ｃ）多流支持

ｄ）每個流可以配置成接受有序或無序的消息

ｅ）Multi-Homing：可以配置多個地址，利用多條網絡傳輸通道

ｆ）更好的安全性：要求四次握手，避免TCP的SYN Flooding攻擊

注意webrtc的sctp不是跟tcp和UDP平級的傳輸層協議，它是基于UDP的開發實現，詳見webrtc代碼或https://github.com/sctplab/usrsctp

參考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/68466363

四、總結

以上基于UDP的可靠性傳輸技術在某些領域已經有成功的應用案例。在音視頻傳輸領域可以根據業務需求，移植過來替換已有協議底層的TCP或UDP接口，改善傳輸性能。更多更詳細信息請關注微信公眾號：AV_Chat

總結

以上是生活随笔為你收集整理的流媒体传输协议浅析（三）可靠UDP传输方案的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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