WebRTC研究：RTP报头扩展

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             |
|                             ....                              |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

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                       |
|                             ....                              |

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  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+

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                                 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

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|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

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    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

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                                 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

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
};

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

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:<value> urn:ietf:params:rtp-hdrext:<extensionattributes>

1	a=extmap:<value> urn:ietf:params:rtp-hdrext:<extensionattributes>

对于WebRTC中自定义的RTP Header Extension，SDP格式如下：

a=extmap:<value> <URI>

1	a=extmap:<value> <URI>

参考

[1] RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications.https://tools.ietf.org/html/rfc3550.
[2] A General Mechanism for RTP Header Extensions.https://tools.ietf.org/html/rfc5285.

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