26 Апр, 2023

Понимание транспортного протокола реального времени (RTP): как он работает и его важность в потоковой передаче мультимедиа

Penetration Testing as a service (PTaaS)

Tests security measures and simulates attacks to identify weaknesses.

В современную цифровую эпоху общение в режиме реального времени становится все более важным. Будь то это во время видеоконференций, онлайн-игр или прямой трансляции пользователи требуют мгновенного и высококачественного взаимодействия. Транспортный протокол реального времени (RTP) играет решающую роль в обеспечении работы таких приложений в режиме реального времени. RTP - это протокол, используемый для передачи аудио и видео по IP-сетям, и его важность невозможно переоценить в мире мультимедийных коммуникаций. В этом блоге мы рассмотрим ключевые особенности RTP и то, как это облегчает связь в режиме реального времени, а также варианты ее использования в различных отраслях промышленности. 

Обзор RTP

Транспортный протокол реального времени (RTP) - это сетевой протокол, используемый для передачи мультимедийных данных, таких как аудио и видео, по IP-сетям. Впервые он был стандартизирован в 1996 году Инженерной рабочей группой по Интернету (IETF) и с тех пор стал широко используемым протоколом для приложений реального времени. RTP предназначен для обеспечения сквозной передачи данных в режиме реального времени, гарантируя своевременную доставку с минимальной задержкой и дрожанием. Он работает совместно с протоколом управления в реальном времени (RTCP), который используется для мониторинга качества обслуживания (QoS) и передачи управляющей информации о передаваемых данных. 

RTP работает на прикладном уровне модели OSI и обычно используется в сочетании с другими протоколами, такими как протокол пользовательских дейтаграмм (UDP) и Протокол управления передачей (TCP), для передачи по IP-сетям. Он широко используется в таких приложениях, как аудио- и видеоконференции, потоковое вещание, онлайн-игры и телефония. 

История RTP 

Историю транспортного протокола реального времени (RTP) можно проследить с первых дней существования Интернета, когда мультимедийная коммуникация начала набирать обороты. Необходимость в стандартизированном протоколе, обеспечивающем передачу аудио и видео в реальном времени по IP-сетям, привела к разработке RTP. Вот подробная история RTP: 

Истоки и раннее развитие: В 1980-х годах, с ростом доступности высокоскоростных сетей и ростом мультимедийных приложений, необходимость в протоколе для обработки данных в режиме реального времени стала очевидной. В 1988 году группа исследователей из Института информационных наук Университета Южной Калифорнии (ISI) начала работать над протоколом под названием “Network Voice Protocol” (NVP) для передачи голоса по IP-сетям. NVP послужил основой для RTP, при этом были перенесены несколько ключевых концепций и принципов проектирования. 

Первоначальная стандартизация: В 1991 году протокол RTP был представлен на совещании Инженерной рабочей группы по Интернету (IETF), и началось обсуждение того, как его стандартизировать. В 1996 году первая версия RTP, получившая название RTP version 1 (RTPv1), была официально опубликована в качестве стандарта, предложенного IETF в RFC 1889. RTPv1 предоставил базовую платформу для передачи данных в режиме реального времени, включая такие функции, как порядковая нумерация, временные метки и идентификация типа полезной нагрузки. 

Эволюция и усовершенствования: За прошедшие годы RTP претерпел несколько изменений и усовершенствований для решения различных задач и требований мультимедийной коммуникации. В 1997 году в RFC 1890 была опубликована версия RTP 2 (RTPv2), в которой были внесены улучшения, такие как поддержка нескольких типов полезной нагрузки, расширенные временные метки и спецификация формата полезной нагрузки на основе профиля. RTPv2 также включал протокол управления в реальном времени (RTCP), который используется для целей мониторинга и управления. 

Расширяющееся внедрение и применение: Поскольку Интернет продолжал расти, а мультимедийные коммуникации становились все более распространенными, RTP получал все большее распространение в различных отраслях промышленности и приложениях. Он стал стандартом де-факто для передачи данных в режиме реального времени в таких приложениях, как аудио- и видеоконференции, потоковое вещание, онлайн-игры и телефония. RTP также нашел применение в новых технологиях, таких как передача голоса по IP (VoIP), Интернет вещей (IoT) и WebRTC (веб-связь в режиме реального времени). 

Постоянное развитие и стандартизация: Разработка RTP была непрерывным процессом, сопровождавшимся постоянными усилиями по расширению его возможностей и удовлетворению возникающих требований. IETF опубликовала несколько обновлений и расширений для RTP, включая улучшения в отказоустойчивости к ошибкам, контроле перегрузки, безопасности и интероперабельности. Примечательно, что рабочая группа по методам предотвращения перегрузки среды RTP (RMCAT) была сформирована в 2010 году для разработки руководящих принципов по контролю перегрузки в приложениях на основе RTP. 

Текущее состояние и перспективы на будущее: Сегодня RTP остается широко используемым и зрелым протоколом для связи в реальном времени по IP-сетям. Он был широко принят игроками отрасли и поддерживается многочисленными мультимедийными фреймворками, библиотеками и приложениями. Протокол RTP продолжает развиваться, чтобы соответствовать меняющимся потребностям мультимедийной коммуникации, благодаря постоянным усилиям по стандартизации и исследованиям в таких областях, как связь со сверхнизкой задержкой, сети 5G и захватывающие мультимедийные возможности. 

Ключевые особенности RTP 

RTP предоставляет набор ключевых функций, которые необходимы для обеспечения эффективной и надежной связи в режиме реального времени. Вот некоторые подробные ключевые особенности RTP: 

Идентификация типа полезной нагрузки: RTP позволяет идентифицировать различные типы мультимедийных данных, известные как “типы полезной нагрузки”. Типы полезной нагрузки используются для указания формата передаваемых данных, таких как аудиокодеки, видеокодеки или другие типы данных. Это позволяет получателям правильно интерпретировать и декодировать принятые данные, гарантируя, что мультимедийный контент будет отображен должным образом. 

Порядковая нумерация: RTP присваивает уникальный порядковый номер каждому передаваемому пакету данных, позволяя получателям обнаруживать потерю пакетов и при необходимости переупорядочивать пакеты. Порядковые номера используются для обеспечения доставки пакетов в правильном порядке, и любые отсутствующие пакеты могут быть идентифицированы и запрошены для повторной передачи в случае необходимости. Это помогает поддерживать целостность и синхронизацию мультимедийных данных во время передачи. 

Временная метка: RTP использует временные метки для указания времени каждого пакета данных. Временные метки используются для синхронизации мультимедийных данных на приемнике, обеспечивая надлежащее воспроизведение аудио- и видеоконтента. Временные метки также используются для вычисления дрожания и синхронизации воспроизведения, помогая поддерживать точность синхронизации мультимедийных данных. 

Пакетирование: RTP позволяет пакетировать мультимедийные данные, что означает разбиение данных на более мелкие пакеты для передачи по сети. Пакетирование обеспечивает эффективную передачу мультимедийных данных, поскольку позволяет передавать данные небольшими, управляемыми порциями. RTP также поддерживает переменные размеры пакетов, обеспечивая гибкость при адаптации к различным условиям сети. 

Устойчивость к ошибкам: RTP предоставляет механизмы устойчивости к ошибкам, такие как использование избыточных данных, для восстановления потерянных или поврежденных пакетов. Это помогает гарантировать надежную доставку мультимедийных данных даже при наличии потери пакетов или сетевых ошибок. 

Многоадресная и одноадресная передача: RTP поддерживает как многоадресную, так и одноадресную передачу, обеспечивая эффективную доставку мультимедийных данных нескольким получателям. Многоадресная передача обеспечивает одновременную доставку данных нескольким получателям, снижая требования к пропускной способности сети. Одноадресная передача обеспечивает двухточечную связь между отправителем и одним получателем. RTP предоставляет механизмы для согласования многоадресной и одноадресной передачи во время установления сеанса. 

Протокол управления в реальном времени (RTCP): RTP работает совместно с RTCP, который используется для целей мониторинга и управления. RTCP обеспечивает обратную связь о качестве обслуживания (QoS) и производительности сеанса RTP, позволяя адаптивно корректировать параметры передачи, такие как настройка скорости передачи или параметров качества. 

Совместимость: RTP разработан таким образом, чтобы быть совместимым с различными типами сетей, протоколов и мультимедийных приложений. Заголовки RTP являются расширяемыми, что позволяет включать дополнительную информацию или настраивать их. Это делает RTP гибким и адаптируемым для широкого спектра сценариев обмена данными в режиме реального времени. 

Безопасность: RTP предоставляет механизмы для защиты передачи мультимедийных данных, такие как использование шифрования и аутентификации. Это помогает защитить конфиденциальность и целостность мультимедийного контента во время передачи, гарантируя, что к нему будут иметь доступ только авторизованные получатели. 

Важные компоненты RTP 

Транспортный протокол реального времени (RTP) состоит из нескольких важных компонентов, которые работают вместе, обеспечивая эффективную и надежную передачу мультимедийных данных в режиме реального времени по IP-сетям. Вот некоторые из ключевых компонентов RTP: 

Заголовок RTP: Заголовок RTP является основным компонентом протокола RTP. Он содержит такую информацию, как тип полезной нагрузки, порядковый номер, временная метка и идентификатор источника (SSRC), которые используются для идентификации пакетов, синхронизации и восстановления после ошибок. 

Полезная нагрузка: Полезная нагрузка - это фактические передаваемые мультимедийные данные, такие как аудио- или видеоконтент. Полезная нагрузка инкапсулируется в RTP-пакеты и передается по сети. 

Тип полезной нагрузки: Тип полезной нагрузки указывает формат полезной нагрузки, такой как используемый аудио- или видеокодек. Тип полезной нагрузки указывается в заголовке RTP и используется для обеспечения того, чтобы полезная нагрузка была правильно декодирована получателем. 

Порядковый Номер: Порядковый номер - это уникальный идентификатор, присваиваемый каждому RTP-пакету. Он используется для обнаружения потери пакетов и изменения порядка пакетов при необходимости, гарантируя, что мультимедийный контент доставляется в правильном порядке. 

Временная метка: Временная метка используется для указания времени каждого пакета RTP. Он используется для синхронизации мультимедийных данных на приемнике, обеспечивая надлежащее воспроизведение аудио- и видеоконтента. 

Идентификатор источника (SSRC): SSRC - это уникальный идентификатор, присваиваемый каждому отправителю в сеансе. Он используется для различения мультимедийных данных, поступающих из разных источников, позволяя получателям должным образом идентифицировать и обрабатывать каждый поток. 

Протокол управления в реальном времени (RTCP): RTCP используется для целей мониторинга и управления совместно с RTP. Он обеспечивает обратную связь о качестве обслуживания (QoS) и производительности сеанса RTP, позволяя адаптивно корректировать параметры передачи. 

Буфер дрожания: Буфер дрожания - это механизм, используемый для сглаживания времени прибытия пакетов RTP. Он буферизует входящие пакеты и передает их декодеру с постоянной скоростью, уменьшая эффекты сетевого дрожания и обеспечивая надлежащее воспроизведение аудио- и видеоконтента. 

Сетевой транспорт: RTP использует транспортный протокол, такой как User Datagram Protocol (UDP), для передачи пакетов RTP по сети. Транспортный протокол обеспечивает наилучшую службу доставки, гарантируя, что пакеты RTP доставляются как можно быстрее, но без каких-либо гарантий надежности или упорядоченности. 

Как это в RTP wорк? 

RTP работает путем разделения мультимедийных данных на небольшие пакеты и добавления заголовка к каждому пакету для передачи важной информации о данных, такой как порядковый номер, временная метка и тип полезной нагрузки. Затем эти пакеты передаются по сети с использованием транспортного протокола, такого как UDP (User Datagram Protocol). 

Вот подробное объяснение того, как работает RTP: 

Кодирование: Прежде чем мультимедийные данные можно будет передавать по сети с использованием RTP, они должны быть сначала закодированы с использованием определенного алгоритма сжатия или кодека. Такое сжатие уменьшает размер данных, делая их более эффективными для передачи по сети. 

Пакетирование: После того, как мультимедийные данные были закодированы, они разделяются на меньшие пакеты фиксированного размера. Размер пакета может быть настроен в соответствии с конкретными требованиями приложения. Например, меньший размер пакета может использоваться для приложений реального времени, таких как видеоконференции, в то время как больший размер пакета может использоваться для приложений потоковой передачи. 

Заголовок RTP: к каждому пакету добавляется заголовок для передачи важной информации о данных. Заголовок RTP содержит такую информацию, как порядковый номер, временная метка и тип полезной нагрузки. Порядковый номер используется для обеспечения того, чтобы пакеты принимались в правильном порядке, в то время как временная метка используется для синхронизации данных на приемнике. 

Передача: Как только пакеты RTP созданы, они передаются по сети с использованием транспортного протокола, такого как UDP. В отличие от TCP, UDP не предоставляет никаких гарантий надежности или упорядоченности. Однако это более легкий протокол, который лучше подходит для приложений реального времени, где скорость важнее надежности. 

Прием: На приемнике RTP-пакеты принимаются и реконструируются в исходные мультимедийные данные. Порядковый номер и информация о временной метке в заголовке RTP используются для обеспечения того, чтобы пакеты были повторно собраны в правильном порядке и воспроизведены в нужное время. 

Вот пример того, как RTP может быть использован в приложении для видеоконференцсвязи: 

Пользователь начинает видеозвонок с другим пользователем. 

Камера пользователя захватывает видеокадры и кодирует их с использованием определенного кодека, такого как H.264. 

Закодированные видеокадры делятся на пакеты RTP, и к каждому пакету добавляется заголовок. 

Пакеты RTP передаются по сети с использованием UDP. 

Приемник получает пакеты RTP, повторно собирает их в исходные видеокадры и воспроизводит их в режиме реального времени. 

По мере выполнения вызова протокол RTP продолжает передавать и принимать пакеты, гарантируя, что видео остается синхронизированным и должным образом отображается на обоих концах вызова. 

В целом, RTP является важным протоколом для мультимедийных приложений реального времени, которые требуют эффективной и надежной передачи данных по IP-сетям. Это позволяет таким приложениям, как видеоконференции, прямая трансляция и онлайн-игры, бесперебойно функционировать и обеспечивать высокое качество пользовательского опыта. 

Проблемы безопасности и их устранение 

RTP (транспортный протокол реального времени) имеет несколько проблем безопасности, которые необходимо решить, чтобы обеспечить конфиденциальность, целостность и доступность мультимедийных данных. Некоторые из распространенных проблем безопасности, связанных с RTP, и их возможное устранение заключаются в следующем: 

Подслушивание: RTP-пакеты, передаваемые по сети, могут быть перехвачены злоумышленниками, что приведет к несанкционированному доступу к мультимедийным данным. Это может привести к нарушению конфиденциальности и утечке конфиденциальной информации. 

Исправление: Шифрование может быть реализовано для защиты конфиденциальности RTP-пакетов. Защищенный транспортный протокол реального времени (SRTP) - это широко используемое расширение RTP, которое обеспечивает шифрование и аутентификацию пакетов RTP, предотвращая атаки с подслушиванием. 

Вмешательство: пакеты RTP могут быть изменены во время передачи, что приводит к повреждению или модификации мультимедийных данных. Это может привести к нарушению целостности данных и искажению полученных данных. 

Исправление: Механизмы аутентификации могут быть использованы для обеспечения целостности пакетов RTP. SRTP предоставляет функции аутентификации, которые позволяют получателю проверять целостность пакетов RTP с помощью тегов аутентификации. 

Атаки типа "отказ в обслуживании" (DoS): RTP-пакеты могут быть затоплены злоумышленниками или подвергнуты манипуляциям, что приводит к сбоям в работе мультимедийных приложений или полному отказу в обслуживании. 

Исправление: конфигурации брандмауэра, сегментация сети и ограничение скорости могут быть реализованы для смягчения DoS-атак на RTP. Кроме того, внедрение механизмов проверки целостности входящих пакетов RTP может помочь обнаруживать и отфильтровывать вредоносные пакеты. 

Несанкционированный доступ: пакеты RTP могут быть доступны или изменены неавторизованными пользователями, что приводит к несанкционированному использованию или модификации мультимедийных данных. 

Исправление: Внедрение надлежащих механизмов аутентификации и авторизации, таких как аутентификация пользователя, контроль доступа и шифрование, может предотвратить несанкционированный доступ к пакетам RTP. 

Обход преобразования сетевых адресов (NAT): пакеты RTP могут столкнуться с проблемами при прохождении через устройства NAT, поскольку они могут изменять IP-адреса и порты в заголовках, вызывая сбои в передаче мультимедиа. 

Исправление: Использование таких методов, как утилиты обхода сеанса для NAT (STUN), обход с использованием ретрансляторов вокруг NAT (TURN) или установление интерактивного подключения (ICE), может помочь в обходе NAT и обеспечить бесперебойную передачу пакетов RTP по различным сетевым топологиям. 

Качество обслуживания (QoS): Обеспечение надлежащего QoS для пакетов RTP имеет решающее значение для поддержания работы мультимедийных приложений в режиме реального времени. Перегрузка сети, задержка и потеря пакетов могут ухудшить качество мультимедийных данных. 

Исправление: Внедрение механизмов QoS на сетевом уровне, таких как политики качества обслуживания (QoS), приоритизация трафика и управление пропускной способностью, может помочь обеспечить бесперебойную и надежную передачу пакетов RTP. 

Заключение

В заключение, RTP (Real-time Transport Protocol) является широко используемым протоколом для передачи мультимедийных данных в реальном времени по IP-сетям. Его ключевые функции включают доставку в режиме реального времени, типы полезной нагрузки, порядковую нумерацию, временные метки и биты маркеров, среди прочего. 

RTP используется в различных приложениях, таких как передача голоса по IP, видеоконференции, потоковое вещание и онлайн-игры. Однако RTP уязвим для угроз безопасности, таких как подслушивание, вмешательство, DoS-атаки, несанкционированный доступ, проблемы с обходом NAT и QoS. 

Для решения этих проблем могут быть реализованы механизмы безопасности, такие как шифрование, аутентификация, контроль доступа и методы обхода NAT, а также механизмы QoS, такие как приоритизация трафика, управление пропускной способностью и сегментация сети. 

Подводя итог, RTP является важнейшим протоколом для мультимедийных приложений реального времени, и его проблемы безопасности должны решаться с помощью соответствующих механизмов безопасности и QoS для обеспечения безопасной и надежной передачи мультимедийных данных по IP-сетям. 

Другие Услуги

Готовы к безопасности?

Связаться с нами