Обзор и устройство Slyber SFU Server

Slyber SFU Server представляет собой автономный сервер селективной маршрутизации видео, аудио и данных реального времени, написанный на языке Go на базе стека Pion WebRTC v4. Эта статья объясняет простым языком, какую задачу решает сервер, как внутри него движутся пакеты и как выбрать нужный режим работы для вашего приложения.

Когда вы делаете видеозвонок между двумя людьми напрямую через браузер, используется схема точка точка (Peer to Peer). Первый участник отправляет видео второму, а второй первому. Проблема возникает, когда в комнату заходят пять, десять или пятьдесят человек. При прямом соединении браузер каждого человека обязан закодировать и отправить отдельную копию своего видео каждому участнику встречи. Если в звонке участвуют десять человек, ваш смартфон или ноутбук одновременно выгружает в сеть девять тяжелых видеопотоков. Из за этого быстро перегревается процессор, садится батарея и полностью забивается исходящий интернет канал.

Архитектура SFU (Selective Forwarding Unit) решает эту проблему за счет центрального узла коммутации. Каждый участник отправляет свое видео и звук на Slyber SFU Server всего один раз. Сервер принимает эти пакеты и мгновенно копирует их остальным зрителям в комнате. При этом сервер не занимается тяжелым декодированием и склеиванием видеокартинки на своем процессоре, поэтому одна серверная нода способна одновременно обслуживать до 5000 активных комнат с минимальной задержкой.

Традиционные WebRTC серверы открывают отдельный случайный сетевой порт под каждого участника. Администраторам приходится открывать в настройках файрвола огромные диапазоны портов (например от 10000 до 60000), что усложняет настройку сети и работу в контейнерах Docker.

В Slyber SFU Server применяется режим ICE-Lite и встроенные мультиплексоры ICEUDPMux и ICETCPMux. Весь медиатрафик всех комнат и участников проходит через единый порт 4443 по протоколам UDP и TCP. Когда браузер подключается к серверу, он присылает проверочный пакет STUN с уникальным именем сессии. Сервер запоминает сетевой адрес клиента и направляет его зашифрованные медиапакеты в нужную комнату. Если у пользователя на работе заблокирован протокол UDP, браузер автоматически переключится на протокол TCP (стандарт RFC 4571) через тот же самый порт 4443. А для обмена командами управления и статистикой используется отдельный HTTP и WebSocket порт 8090.

Чтобы легко ориентироваться в API сервера, достаточно понимать три базовых термина его внутреннего ядра.

Участники видеозвонка находятся в разных условиях. Один сидит дома на домашнем оптоволокне, а другой едет в метро со слабым сигналом сотовой сети. Чтобы видео не зависало у второго участника, Slyber SFU Server поддерживает технологии Simulcast и SVC.

Браузер отправителя кодирует видео с камеры сразу в трех слоях качества. Слой 0 содержит легкую картинку для слабого интернета, слой 1 дает среднее разрешение, а слой 2 передает четкое видео высокой четкости. Модуль оценки канала SubscriberBWE внутри сервера постоянно следит за скоростью соединения и потерями пакетов каждого зрителя. Если у зрителя падает скорость, его персональный DownTrack автоматически переключается на слой 0, сохраняя плавный звук и видео. Подробное описание настройки слоев приведено в разделе Протокол сигналинга и управление качеством.

Сервер поддерживает пять специализированных профилей комнат, которые задают оптимальное поведение маршрутизатора.