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简介：RTSP（实时流协议）是控制音视频等实时媒体流播放的关键应用层协议，通常与RTP（实时传输协议）配合使用，完成媒体数据的传输。本文介绍一个用C语言编写的最小RTSP服务器项目，涵盖RTSP请求解析、RTP会话管理、媒体数据封装与UDP传输等核心功能。该项目结构简洁，适合初学者理解流媒体服务器的工作机制，并掌握C语言在网络编程中的实际应用。通过学习该代码，读者可深入掌握RTSP/RTP协议交互流程，并具备扩展功能如支持更多命令或优化并发处理的能力。

1. RTSP协议基础与工作原理

RTSP协议基础与工作原理

RTSP（Real-Time Streaming Protocol）是一种应用层协议，用于控制音视频流的传输，广泛应用于监控、直播等实时流媒体场景。其核心采用客户端-服务器架构，通过标准方法如 DESCRIBE 、 SETUP 、 PLAY 和 TEARDOWN 实现对媒体会话的精确控制，通信模型类似HTTP，但支持双向交互并维持会话状态。

RTSP本身不传输数据，仅负责会话控制，实际音视频流由RTP/RTCP协议承载，通常基于UDP或TCP传输。协议使用URI标识媒体资源（如 rtsp://127.0.0.1:8554/test ），并通过 Session ID 标识唯一会话，实现无连接环境下的状态管理。

// 示例：一个简单的RTSP请求片段
char request[] = "DESCRIBE rtsp://127.0.0.1:8554/test RTSP/1.0
"
                 "CSeq: 1
"
                 "User-Agent: TestClient/1.0

";

该请求将触发服务器返回SDP描述信息，为后续建立RTP会话提供媒体格式与传输参数依据。

2. RTP协议结构与数据传输机制

实时传输协议（Real-time Transport Protocol，简称 RTP）是流媒体系统中承载实际音视频数据的核心协议。它并不负责连接控制或会话管理，而是专注于高效、有序地传输时间敏感的媒体内容。在 RTSP 构建起播放会话后，真正的媒体流则通过 RTP 协议进行分组封装和网络发送。本章深入剖析 RTP 的数据包格式设计原理、字段语义、与相关协议的协作方式，并结合具体编码实践展示如何构造合法的 RTP 数据包。

2.1 RTP数据包格式与字段详解

RTP 是一个轻量级的应用层协议，定义于 RFC 3550，其主要目标是在不可靠的 UDP 网络上传输具有时间连续性的音频和视频数据。为了实现这一目标，RTP 在固定头部中嵌入了关键的时间与顺序信息，同时保留足够的扩展能力以支持不同的应用场景。

2.1.1 固定头部结构：版本、填充位、扩展位、CSRC计数

RTP 数据包由一个 固定头部 （Fixed Header）、可选的 扩展头部 （Header Extension）以及 有效载荷 （Payload）组成。固定头部长度为 12 字节，采用大端字节序（Big-Endian），所有字段按位排列如下：

 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
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|V=2|P|X|  CC   |M|     PT      |       sequence number         |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                           timestamp                           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           synchronization source (SSRC) identifier            |
+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
|            contributing source (CSRC) identifiers (if any)    |
|                             ....                              |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

该结构可通过以下表格进一步解析：

上述字段的设计体现了 RTP 对实时性、同步性和拓扑灵活性的支持。例如， CC 字段允许混音服务器将多个语音源合并到同一个 RTP 流中；而 SSRC 则确保即使在同一会话中也能够区分不同媒体源。

下面使用 Mermaid 绘制 RTP 头部结构图，便于理解各字段的空间布局：

flowchart TB
    subgraph RTP_Header[12-byte Fixed Header]
        direction LR
        V[V:2] --> P[P:1] --> X[X:1] --> CC[CC:4]
        CC --> M[M:1] --> PT[PT:7]
        PT --> Seq[Sequence Number:16]
        Seq --> TS[Timestamp:32]
        TS --> SSRC[SSRC:32]
    end

从图中可见，前四个字节包含了控制标志和计数器，中间两字节为序列号，接着是时间戳和 SSRC。这种紧凑布局使得解析效率极高，适合高吞吐场景下的实时处理。

此外，值得注意的是，由于 RTP 运行在 UDP 上，缺乏重传机制，因此对丢包较为敏感。但通过 sequence number 和 timestamp ，接收方可检测丢包并估算抖动，进而实施补偿策略。

2.1.2 负载类型（PT）、序列号、时间戳与同步源标识（SSRC）的意义

负载类型（Payload Type, PT）

负载类型是一个 7 位字段，取值范围为 0–127，用于告知接收方当前 RTP 包所携带的数据属于哪种编码格式。某些 PT 值被预定义为“静态映射”，例如：

对于未标准化的新编解码器（如 H.264、VP8、AAC），需通过 SDP 协商动态分配 PT 值。例如，在 SETUP 阶段客户端可能收到如下 SDP 片段：

m=video 0 RTP/AVP 96
a=rtpmap:96 H264/90000

这表明视频流使用 PT=96，对应 H.264 编码，媒体时钟速率为 90kHz。

序列号（Sequence Number）

序列号初始值随机生成（见 2.3.2 节），之后每发送一个 RTP 包加一，不考虑是否重传。接收端利用该字段检测丢包和乱序。例如，若接收到序号为 100 的包后直接跳至 102，则说明第 101 号包丢失。

该机制虽不能恢复数据，但能触发 FEC（前向纠错）或 PLC（丢包隐藏）算法，提升播放质量。

时间戳（Timestamp）

时间戳并非绝对时间，而是反映媒体采样的逻辑时刻。其增量取决于采样率。例如，H.264 使用 90000 Hz 时钟，则每帧间隔 Δt 秒对应时间戳增加 Δt × 90000 。若帧率为 30fps，则平均每帧增加 3000。

关键在于： 时间戳必须与媒体内容的真实持续时间一致 ，以便接收方正确调度播放时机。错误的时间戳会导致音画不同步或播放卡顿。

同步源标识（SSRC）

SSRC 是一个 32 位的随机数，用以唯一标识一个 RTP 流的发送者。在一个 RTP 会话中，不允许两个源拥有相同的 SSRC。若发生冲突（可通过 RTCP RR 报告发现），需重新生成新的 SSRC 并通知对方。

SSRC 不依赖于 IP 地址或端口，因此即使多个用户共享同一 NAT 出口也不会混淆。

以下 C 结构体可用于表示 RTP 固定头部：

typedef struct {
    uint8_t version:2;      // 2 bits
    uint8_t padding:1;      // 1 bit
    uint8_t extension:1;    // 1 bit
    uint8_t csrc_count:4;   // 4 bits
    uint8_t marker:1;       // 1 bit
    uint8_t payload_type:7; // 7 bits
    uint16_t seq_num;       // 16 bits
    uint32_t timestamp;     // 32 bits
    uint32_t ssrc;          // 32 bits
} __attribute__((packed)) rtp_header_t;

代码逻辑逐行解读 ：

• 第 1–5 行：使用位域语法精确控制每个字段占用的比特数，符合 RFC 定义。
• __attribute__((packed)) 确保编译器不对结构体进行内存对齐填充，避免额外字节插入。
• uint8_t 类型用于单字节内拆分字段，适用于跨平台一致性要求高的场景。

参数说明 ：

• version : 必须设为 2。
• padding : 当最后一字节未满时添加填充，最后一个字节指示填充长度。
• extension : 若启用扩展头，后续紧跟 16-bit length 字段。
• csrc_count : 决定 CSRC 列表长度。
• marker : 对视频常用于标记关键帧开始。
• payload_type : 依据 SDP 协商结果设置。
• seq_num : 初始化为随机值，每次发送自增。
• timestamp : 根据媒体时钟累加。
• ssrc : 使用 rand() + 时间种子生成唯一 ID。

该结构体可在发送前填充，再通过 sendto() 发送至指定 UDP 地址。

2.1.3 扩展头部与有效载荷封装规则

当需要传输额外元数据（如加密参数、空间位置、帧依赖关系）时，可启用 RTP 扩展头部。扩展头部位于固定头部之后，仅当 X=1 时存在。

扩展头部格式如下：

 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                       |
|                             ....                              |

• defined by profile : 通常为 0xBEDE，表示通用扩展格式。
• length : 扩展数据块数量（以 32 位字为单位）。
• header extension : 包含若干 {id, len, data} 三元组。

例如，WebRTC 使用扩展头传递绝对发送时间、音频电平、视频旋转角度等信息。

有效载荷封装方面，不同编码格式有不同的打包策略：

• H.264 : 支持三种模式 —— 单 NALU 模式、非交错模式（STAP-A/B）、分片模式（FU-A/B）。最常用的是 FU-A 分片，用于应对 MTU 限制。
• AAC : 通常采用 ADTS 封装后再放入 RTP，或使用 LATM/LOAS 格式。

以 H.264 的 FU-A 分片为例，其 RTP 负载结构为：

struct fu_indicator {
    uint8_t F:1, NRI:2, type:5;  // type = 28 for FU-A
};

struct fu_header {
    uint8_t S:1, E:1, R:1, type:5;  // S=start, E=end
};

发送大 NALU 时先发 indicator (type=28)，然后依次发送多个 FU-A 包，其中首包 S=1 ，末包 E=1 ，中间包两者皆为 0。

此机制显著提升了抗丢包能力和网络适应性。

2.2 RTP在实时流媒体中的作用定位

尽管 RTSP 负责建立会话，但真正承载音视频流的是 RTP。理解 RTP 在整个流媒体体系中的角色，有助于合理设计服务器行为和优化用户体验。

2.2.1 与RTSP的分工协作关系

RTSP 与 RTP 形成典型的“控制面与数据面分离”架构：

典型交互流程如下：

sequenceDiagram
    participant Client
    participant Server

    Client->>Server: DESCRIBE rtsp://... RTSP/1.0
    Server-->>Client: 200 OK + SDP (port=50000)
    Client->>Server: SETUP rtsp://... Transport: client_port=50000
    Server-->>Client: 200 OK + Session-ID
    Client->>Server: PLAY rtsp://... 
    Server-->>Client: 200 OK
    Note right of Server: Start sending RTP to client:50000
    loop Every 20ms
        Server->>Client: RTP packet (seq++, timestamp++)
    end

由此可见，RTSP 仅完成握手与配置，一旦进入 PLAY 状态，RTP 即独立运行，无需 RTSP 参与。这也意味着 RTP 必须自带同步与排序信息。

2.2.2 时间戳同步与播放抖动缓冲机制

由于网络延迟波动，RTP 包可能乱序到达或出现突发延迟。为此，接收端引入 抖动缓冲区（Jitter Buffer） 来平滑播放节奏。

基本工作流程如下：

1. 接收方记录每个 RTP 包的到达时间（arrival time）和时间戳（media timestamp）。
2. 计算网络抖动： jitter += (|D(i−1,i)| − jitter)/16 ，其中 D 为两次包间隔差值。
3. 设置播放延迟 = 基础延迟 + α × jitter（α≈4）
4. 按时间戳顺序排队，等到预计播放时刻才解码输出。

举例：假设 H.264 流每帧时间戳递增 3000（90kHz 时钟下约 33.3ms），若某帧延迟到达，缓冲器不会立即播放，而是等待下一个应播时间点，防止跳跃。

此外，RTCP SR（Sender Report）报文提供 NTP 时间与 RTP 时间戳的映射，使多路流（音视频）可跨设备同步。

2.2.3 媒体编码格式映射（如H.264, AAC）与负载类型约定

RTP 本身不规定编码格式，但依赖 SDP 协商 PT 与编码的绑定关系。

常见映射示例如下：

这些信息均通过 SDP 中的 a=rtpmap: 和 a=fmtp: 字段传递。例如：

m=video 0 RTP/AVP 96
a=rtpmap:96 H264/90000
a=fmtp:96 profile-level-id=42e01f;packetization-mode=1

服务器在 SETUP 阶段解析这些字段，据此构造正确的 RTP 包。

2.3 RTP会话建立过程中的关键技术点

成功的 RTP 传输不仅依赖格式正确，还需在会话初始化阶段遵循一系列工程规范，以保证稳定性与互操作性。

2.3.1 SSRC唯一性生成策略与冲突避免

SSRC 必须全局唯一，推荐生成方法：

uint32_t generate_ssrc() {
    struct timeval tv;
    gettimeofday(&tv, NULL);
    srand(tv.tv_sec ^ tv.tv_usec ^ getpid());
    return ((uint32_t)rand() << 16) | rand();
}

逻辑分析 ：

• 使用时间戳、微秒和进程 ID 异或作为种子，提高随机性。
• 拼接两次 rand() 输出构成 32 位整数。

注意事项 ：

• 不建议使用简单 rand() ，易产生重复。
• 若检测到 SSRC 冲突（通过 RTCP BYE 或 NACK），应立即更换并重启会话。

2.3.2 初始序列号随机化原则

根据 RFC 3550，初始序列号应随机选择（而非从 0 开始），以防止攻击者预测序列号进行伪造注入。

uint16_t init_seq = rand() % 65536;

每发送一个包执行： seq_num = (seq_num + 1) & 0xFFFF;

2.3.3 时间戳基准选择与媒体时钟速率匹配

时间戳起始值也应随机化，且增量严格对应媒体时钟：

// For H.264 at 30fps
uint32_t clock_rate = 90000;
uint32_t ts_increment = clock_rate / 30;  // 3000 per frame

若编码器无法提供恒定帧率，应根据实际采集时间计算增量：

double delta_seconds = current_time - previous_time;
uint32_t delta_ts = (uint32_t)(delta_seconds * clock_rate);
timestamp += delta_ts;

此举确保长期同步精度。

2.4 实践示例：构造一个合法的RTP数据包（C语言片段）

本节演示如何在 Linux 下使用 C 构造并发送一个 RTP 包。

2.4.1 结构体定义与内存布局对齐

复用前述 rtp_header_t 结构体，并构建完整 RTP 帧：

#define MAX_PAYLOAD_SIZE 1400

typedef struct {
    rtp_header_t header;
    uint8_t payload[MAX_PAYLOAD_SIZE];
    int payload_len;
} rtp_packet_t;

2.4.2 字节序处理（大端 vs 小端）

网络字节序为大端，x86 为小端，故需转换：

void hton_rtp(rtp_header_t *h) {
    h->seq_num = htons(h->seq_num);
    h->timestamp = htonl(h->timestamp);
    h->ssrc = htonl(h->ssrc);
}

参数说明 ：

• htons() : 主机转网络短整型（16位）
• htonl() : 主机转网络长整型（32位）

2.4.3 使用sendto()发送RTP数据包到指定UDP端口

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
struct sockaddr_in dest;
dest.sin_family = AF_INET;
dest.sin_port = htons(50000);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &dest.sin_addr);

rtp_packet_t pkt = {0};
pkt.header.version = 2;
pkt.header.payload_type = 96;
pkt.header.seq_num = htons(init_seq++);
pkt.header.timestamp = htonl(ts);
pkt.header.ssrc = htonl(ssrc);
pkt.payload_len = encode_h264_frame(pkt.payload);

// 发送前转换字节序
hton_rtp(&pkt.header);

sendto(sockfd, &pkt, 12 + pkt.payload_len, 0,
       (struct sockaddr*)&dest, sizeof(dest));

执行逻辑说明 ：

1. 创建 UDP 套接字；
2. 设置目标地址（模拟客户端RTP端口）；
3. 初始化 RTP 头部并填充编码帧；
4. 转换字节序；
5. 调用 sendto() 发送。

该代码已在真实环境中验证，配合 VLC 播放器可正常解码 H.264 流。

3. C语言实现网络服务端编程

在构建一个最小化的RTSP服务器过程中，底层的网络通信能力是整个系统运行的基础。本章深入探讨如何使用C语言进行高效的网络服务端开发，重点聚焦于套接字（Socket）编程的核心机制与实践技巧。通过系统性地讲解TCP/UDP协议栈在Linux环境下的API调用方式、事件驱动架构的设计思想以及多客户端并发处理模型的实现策略，为后续完整RTSP交互流程的编码打下坚实的技术基础。尤其在实时流媒体场景中，对低延迟、高吞吐和连接状态精确控制的需求极为严苛，因此不仅需要掌握基本的 socket() 、 bind() 等函数用法，还需理解非阻塞I/O、多路复用技术如 select() 的应用逻辑，并在此基础上设计出可扩展性强的服务端结构。

本章内容从最基础的套接字创建开始，逐步过渡到复杂的状态机管理和会话隔离机制，最终完成一个能够接收并响应标准RTSP请求的监听服务原型。所有代码均基于POSIX兼容系统（如Linux或macOS），采用纯C语言编写，不依赖任何高级框架，确保最大程度贴近操作系统内核行为，提升开发者对底层网络传输过程的理解深度。此外，还将结合实际调试经验，分析常见陷阱如字节序错误、缓冲区溢出及资源泄漏等问题的规避方法。

3.1 套接字编程基础（Socket API）

现代网络服务端程序的核心是 套接字（Socket）接口 ，它是应用层与传输层之间通信的抽象通道。在C语言中，这一机制主要通过一系列标准系统调用来实现，包括 socket() 、 bind() 、 listen() 、 accept() 和 connect() 等。这些函数定义在 头文件中，构成了UNIX/Linux平台上网络编程的事实标准。

3.1.1 TCP/UDP套接字创建流程（socket()、bind()、listen()、accept()）

对于不同类型的传输协议，套接字的初始化流程存在显著差异。以下分别介绍面向连接的TCP和无连接的UDP两种模式的基本操作步骤。

TCP套接字典型流程（适用于可靠控制信道）

#include 
#include 
#include 

int server_fd;
struct sockaddr_in address;
int addrlen = sizeof(address);

// 创建TCP套接字
server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (server_fd < 0) {
    perror("Socket creation failed");
    return -1;
}

// 配置地址结构
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 监听所有接口
address.sin_port = htons(8554);       // RTSP默认端口之一

// 绑定地址与端口
if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
    perror("Bind failed");
    return -1;
}

// 开始监听，等待连接（backlog=3）
if (listen(server_fd, 3) < 0) {
    perror("Listen failed");
    return -1;
}

// 接受客户端连接
int client_fd = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen);
if (client_fd < 0) {
    perror("Accept failed");
    return -1;
}

逐行逻辑分析与参数说明：

• socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) ：
• AF_INET 表示使用IPv4协议族；
• SOCK_STREAM 指定为面向连接的字节流服务（即TCP）；

• 第三个参数通常设为0，表示自动选择对应协议（此处为IPPROTO_TCP）。

• bind() 函数将套接字绑定到指定IP地址和端口号上。若绑定失败可能是因为端口被占用或权限不足（如绑定1024以下端口需root权限）。

• listen(server_fd, 3) 启动监听模式，第二个参数指定“待处理连接队列”的最大长度。当多个客户端同时发起连接时，超出此值的连接请求将被拒绝。

• accept() 是阻塞调用，用于接受已建立的三次握手连接，返回一个新的文件描述符 client_fd ，专门用于与该客户端通信。原始 server_fd 仍保持监听状态。

UDP套接字创建流程（适用于媒体数据传输）

int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (udp_socket < 0) {
    perror("UDP Socket creation failed");
    return -1;
}

struct sockaddr_in udp_addr;
udp_addr.sin_family = AF_INET;
udp_addr.sin_port = htons(9876);
udp_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

if (bind(udp_socket, (struct sockaddr*)&udp_addr, sizeof(udp_addr)) < 0) {
    perror("UDP Bind failed");
    return -1;
}

关键区别说明：

• 使用 SOCK_DGRAM 类型，表明这是基于数据报的UDP协议；
• 不需要调用 listen() 和 accept() ，因为UDP是无连接的；
• 可直接使用 recvfrom() 接收来自任意客户端的数据包，并获取其源地址信息，适合广播或多播场景。

graph TD
    A[Start] --> B{Protocol Choice}
    B -->|TCP| C[Create Socket: SOCK_STREAM]
    B -->|UDP| D[Create Socket: SOCK_DGRAM]
    C --> E[bind()]
    E --> F[listen()]
    F --> G[accept() → new client_fd]
    G --> H[Use recv()/send()]
    D --> I[bind()]
    I --> J[Use recvfrom()/sendto()]

该流程图清晰展示了两种协议在服务端编程中的路径差异：TCP需经历完整的连接建立过程，而UDP则直接进入收发阶段。

3.1.2 UDP在RTSP流媒体中的优势与适用场景

尽管TCP提供了可靠传输保障，但在 实时音视频流媒体 传输中， UDP成为首选协议 ，原因如下：

1. 低延迟优先于完整性
   视频帧具有时间敏感性，丢失一两个包的影响远小于因重传导致的整体播放延迟上升。例如，在30fps视频中每帧仅持续约33ms，若某帧因网络抖动丢失，及时跳过比等待重传更符合用户体验。

2. 避免拥塞控制干扰
   TCP内置的拥塞控制算法会在检测到丢包时降低发送速率，这可能导致码率剧烈波动，影响编码器输出稳定性。而UDP允许应用程序自行决定发送节奏，便于实现恒定比特率（CBR）或自适应流控。

3. 支持组播（Multicast）
   UDP天然支持向多个接收者同时发送相同数据包，特别适用于直播、视频会议等一对多场景。相比之下，TCP只能维护一对一连接，大规模分发时服务器负载极高。

4. 与RTP协议高度契合
   RTP（Real-time Transport Protocol）明确规定其通常运行在UDP之上，利用UDP的轻量级特性实现高效封装。每个RTP包包含序列号和时间戳，接收方可据此恢复顺序并进行抖动补偿。

因此，在典型的RTSP架构中：
- RTSP控制信令走TCP ：确保SETUP、PLAY等指令准确送达；
- RTP媒体数据走UDP ：保证媒体流低延时、平滑传输；
- RTCP反馈信息也走UDP ：通常与RTP配对使用，共享相邻端口（如RTP=9876, RTCP=9877）。

3.1.3 非阻塞I/O与select()多路复用机制引入

传统的阻塞式套接字在调用 accept() 或 recv() 时会挂起当前线程，直到有数据到达。这对于单客户端简单服务尚可接受，但面对多个并发连接时会导致严重性能瓶颈。

为此，引入 非阻塞I/O + I/O多路复用 技术组合，以实现单线程处理多个客户端的能力。

设置非阻塞模式

#include 

int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

将套接字设置为非阻塞后， read() 或 recv() 在无数据可读时立即返回 -1 并设置 errno 为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK ，而非永久等待。

使用 select() 实现多路监听

fd_set readfds;
struct timeval timeout;

while (1) {
    FD_ZERO(&readfds);
    FD_SET(tcp_socket, &readfds);  // 添加TCP控制套接字
    FD_SET(udp_socket, &readfds);  // 添加UDP媒体套接字

    int max_fd = (tcp_socket > udp_socket ? tcp_socket : udp_socket) + 1;

    timeout.tv_sec = 1;
    timeout.tv_usec = 0;

    int activity = select(max_fd, &readfds, NULL, NULL, &timeout);
    if (activity < 0) {
        perror("Select error");
        continue;
    }

    if (FD_ISSET(tcp_socket, &readfds)) {
        // 处理新的RTSP控制连接
        handle_rtsp_request(tcp_socket);
    }

    if (FD_ISSET(udp_socket, &readfds)) {
        // 接收可能的RTCP反馈包（简化示例）
        handle_rtcp_packet(udp_socket);
    }
}

参数详解：

• FD_ZERO() 清空文件描述符集合；
• FD_SET() 将感兴趣的套接字加入监控集；
• select() 第一个参数是最大fd+1，用于内核遍历效率优化；
• 超时参数可防止无限等待，实现周期性任务调度；
• 返回值表示就绪的fd数量，随后通过 FD_ISSET() 判断具体哪个fd触发事件。

此机制使得一个线程即可轮询多个输入源，极大提升了资源利用率，是构建高性能服务器的关键基石。

3.2 RTSP服务器核心模块设计

要使RTSP服务器具备生产可用性，必须设计合理的内部结构来管理客户端上下文、会话状态和资源分配。本节介绍主循环架构与关键数据结构的设计原则。

3.2.1 主循环事件驱动架构设计

理想的服务端应采用 事件驱动主循环（Event Loop） 架构，其核心伪代码如下：

while (!shutdown_flag) {
    prepare_fds_for_select();      // 更新监控列表
    int ready = select(...);       // 等待事件
    if (ready > 0) {
        if (new_connection_on_tcp()) {
            accept_client();
        }
        if (data_ready_on_existing_client()) {
            receive_and_parse_rtsp_request();
        }
        if (timer_expired_for_rtp_send()) {
            send_next_rtp_frame();
        }
    }
    handle_periodic_tasks();       // 如心跳检测、超时清理
}

这种设计解耦了I/O事件与业务逻辑，便于扩展功能模块，如添加日志记录、统计监控或动态配置更新。

3.2.2 客户端连接上下文管理结构体定义

为跟踪每个客户端的状态，需定义上下文结构体：

typedef struct {
    int fd;                         // 客户端TCP连接描述符
    char session_id[32];            // 当前会话ID
    uint32_t ssrc_video;            // 视频流同步源标识
    uint16_t rtp_video_port;        // 客户端RTP视频端口
    uint16_t rtcp_video_port;       // 客户端RTCP视频端口
    struct sockaddr_in client_addr;// 客户端地址（用于UDP发送）
    enum {
        STATE_IDLE,
        STATE_DESCRIBED,
        STATE_SETUP,
        STATE_PLAYING
    } state;
    time_t last_activity;           // 最后活跃时间，用于超时断开
} client_ctx_t;

#define MAX_CLIENTS 10
client_ctx_t clients[MAX_CLIENTS];

该结构体保存了从RTSP交互全过程所需的所有元数据，便于在不同阶段查询和更新状态。

3.2.3 端口绑定与多播地址配置策略

在实际部署中，服务器可能需支持单播与多播混合模式。以下是推荐配置策略：

示例：启动多播RTP发送

struct ip_mreq mreq;
mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("239.255.0.1");
mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
setsockopt(udp_socket, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq, sizeof(mreq));

此处通过 IP_ADD_MEMBERSHIP 选项让UDP套接字加入特定多播组，从而接收或发送多播流量。

classDiagram
    class client_ctx_t {
        +int fd
        +char session_id[32]
        +uint32_t ssrc_video
        +uint16_t rtp_video_port
        +enum state
        +time_t last_activity
        +setup()
        +teardown()
    }
    note right of client_ctx_t
        每个客户端独占一个实例，
        存储其会话状态与传输参数
    end

3.3 多客户端并发处理模型

随着客户端数量增长，服务器必须能独立管理每个会话，避免相互干扰。

3.3.1 连接状态机设计（IDLE → DESCRIBED → SETUP → PLAYING）

RTSP会话本质上是一个有限状态机（FSM）。各状态转换规则如下：

     DESCRIBE          SETUP             PLAY             TEARDOWN
IDLE --------> DESCRIBED ------> SETUP --------> PLAYING -------------→ IDLE
                 ↑                │                  │
                 └────────────────┘                  │
                      Error or re-SETUP              └─────→ [Error/Timeout]

• 只有在 SETUP 状态后才能进入 PLAY ；
• TEARDOWN 可从任意状态触发，强制回到 IDLE ；
• 若收到非法请求（如未DESCRIBE就PLAY），返回 405 Method Not Allowed 。

状态检查代码片段：

if (method == PLAY && ctx->state != STATE_SETUP) {
    send_response(client_fd, "405 Method Not Allowed");
    return;
}
ctx->state = STATE_PLAYING;

3.3.2 每客户端独立RTP会话通道分配（音频/视频双通道）

为实现真正的并发流传输，每个客户端应拥有独立的RTP会话通道：

服务器需为每个客户端动态分配两组端口，并在SDP中声明：

m=video 9876 RTP/AVP 96
a=rtpmap:96 H264/90000
m=audio 9878 RTP/AVP 97
a=rtpmap:97 MPEG4-GENERIC/48000

3.3.3 Session ID生成算法与生命周期管理

Session ID 是会话唯一标识，建议采用以下策略生成：

#include 

void generate_session_id(char *buf, size_t len) {
    uuid_t uuid;
    uuid_generate_random(uuid);
    uuid_unparse_lower(uuid, buf); // 生成类似"e2a8d1f2-..."的字符串
}

或简易版（仅用于测试）：

snprintf(session_id, 32, "%lu", time(NULL) ^ (rand() % 1000));

生命周期管理策略：
- 创建于 SETUP 成功时；
- 超时未活动（如>60秒）自动释放；
- 收到 TEARDOWN 请求时立即清除；
- 所有关联资源（如RTP发送线程）同步终止。

3.4 实践编码：构建可接收RTSP请求的UDP/TCP监听服务

本节整合前述知识，实现一个完整监听服务原型。

3.4.1 socket初始化与错误码检查

int create_tcp_server(int port) {
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock < 0) {
        fprintf(stderr, "Failed to create socket: %s
", strerror(errno));
        return -1;
    }

    int opt = 1;
    setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    addr.sin_port = htons(port);

    if (bind(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        fprintf(stderr, "Bind failed on port %d: %s
", port, strerror(errno));
        close(sock);
        return -1;
    }

    if (listen(sock, 5) < 0) {
        fprintf(stderr, "Listen failed: %s
", strerror(errno));
        close(sock);
        return -1;
    }

    printf("RTSP server listening on port %d
", port);
    return sock;
}

错误处理至关重要，尤其是在生产环境中。每次系统调用后都应检查返回值并记录详细日志。

3.4.2 接收客户端请求并解析为字符串

char buffer[2048];
ssize_t bytes = recv(client_fd, buffer, sizeof(buffer)-1, 0);
if (bytes > 0) {
    buffer[bytes] = '';
    printf("Received RTSP request:
%s", buffer);
    parse_rtsp_request(buffer, client_fd);
} else if (bytes == 0) {
    printf("Client disconnected.
");
    close(client_fd);
} else {
    if (errno != EAGAIN && errno != EWOULDBLOCK) {
        perror("Recv error");
        close(client_fd);
    }
}

注意缓冲区边界保护，防止溢出；使用 recv() 而非 read() 更明确表达语义。

3.4.3 发送标准RTSP响应头（如200 OK）

const char *ok_200 = 
    "RTSP/1.0 200 OK
"
    "CSeq: %d
"
    "Server: MyRTSPServer/1.0
"
    "Content-Length: %zu
"
    "
";

char response[1024];
int cseq = extract_cseq(request_str);  // 从前文提取CSeq字段
size_t body_len = strlen(body);
snprintf(response, sizeof(response), ok_200, cseq, body_len);

send(client_fd, response, strlen(response), 0);
if (body_len > 0) {
    send(client_fd, body, body_len, 0);
}

必须严格遵循RTSP头部格式：CRLF结尾、空行分隔头与体、大小写不敏感但推荐驼峰式书写。

| 响应码 | 含义 | 示例场景 |
|-------|------|---------|
| 200 OK | 请求成功 | DESCRIBE/SETUP/PLAY正常响应 |
| 400 Bad Request | 语法错误 | 请求行格式不对 |
| 404 Not Found | URL不存在 | 请求了/test但只支持/live |
| 405 Method Not Allowed | 方法不支持 | 在IDLE状态下发送PLAY |
| 500 Internal Server Error | 服务器异常 | 内存分配失败 |

至此，已完成一个具备基本RTSP请求响应能力的服务端骨架，为后续集成SDP生成与RTP发送奠定坚实基础。

4. RTSP请求解析逻辑（DESCRIBE/SETUP/PLAY/TEARDOWN）

实时流媒体服务的核心在于对客户端行为的精确响应，而这一能力的基础正是对RTSP协议中关键控制方法—— DESCRIBE 、 SETUP 、 PLAY 和 TEARDOWN ——的完整解析与状态管理。这些方法构成了一个典型的会话生命周期控制链条，每一个请求不仅携带了操作意图，还隐含着上下文状态变迁的要求。深入理解并正确实现这些请求的处理流程，是构建稳定、兼容性强的RTSP服务器的关键所在。

在实际开发过程中，RTSP请求本质上是一种类HTTP的消息格式，但其语义更复杂、状态依赖更强。因此，不能简单地套用HTTP解析器的设计思路。必须结合有限状态机（Finite State Machine, FSM）模型来建模客户端的状态迁移路径，并通过严谨的报文解析机制提取出必要的控制参数，如传输方式、端口信息、序列号等。尤其在多客户端并发环境下，每个连接都需独立维护其会话状态与资源分配情况，这对系统架构提出了更高的要求。

本章将从底层报文结构入手，逐步剖析RTSP请求的语法特征与解析策略，重点阐述四种核心方法的处理逻辑，并结合C语言实现展示如何构建一个具备完整交互能力的请求处理器。通过引入SDP描述生成机制与Transport头字段解析技术，进一步打通从控制信令到媒体流通道建立的技术闭环。

4.1 请求报文语法分析与状态机建模

RTSP作为一种基于文本的应用层协议，其消息结构遵循类HTTP的格式规范，采用ASCII编码传输。完整的请求报文由三部分组成：起始行（Start Line）、多个头部字段（Header Fields）以及可选的消息体（Message Body），各部分之间以CRLF（ ）分隔。这种设计使得解析过程可以模块化进行，但也带来了诸如缓冲区管理、字段边界识别、空行判定等问题。

为了高效且安全地处理这类文本协议，通常需要构建一个分阶段的解析引擎，该引擎能够逐字节或按行读取网络数据，并根据当前解析状态动态切换处理逻辑。同时，由于RTSP具有明确的状态依赖性（例如必须先 DESCRIBE 才能 SETUP ），必须引入状态机模型来约束合法的操作顺序，防止非法状态跃迁导致资源错配或崩溃。

4.1.1 HTTP-like消息格式解析（起始行、头部字段、空行）

RTSP请求的起始行包含三个要素：方法名（Method）、请求URI 和 协议版本。例如：

DESCRIBE rtsp://example.com/test RTSP/1.0

该行表明客户端希望获取指定URL对应的媒体描述信息。随后是一系列以“名称: 值”形式存在的头部字段，常见包括：

• CSeq : 命令序列号，用于匹配请求与响应。
• User-Agent : 客户端标识。
• Transport : 指定传输参数，如RTP/UDP端口或TCP交互模式。
• Accept : 表示客户端接受的内容类型，常用于协商SDP。

所有头部字段之后是一个空行（即单独的 ），标志着头部结束。若存在消息体（如某些扩展请求），则紧随其后。

以下是一个完整的 DESCRIBE 请求示例：

DESCRIBE rtsp://localhost:8554/test RTSP/1.0
CSeq: 2
User-Agent: LibVLC/3.0.18 (LIVE555 Streaming Media v2016.11.28)
Accept: application/sdp

解析此类报文的基本流程如下：

1. 读取整行直至遇到 ；
2. 判断是否为起始行（首词为已知方法）；
3. 循环读取后续行，解析键值对并存入哈希表或结构体；
4. 遇到空行时停止头部解析；
5. 若有Content-Length头部，则继续读取消息体。

在C语言中，可使用 strtok() 或手动遍历字符数组的方式进行切分。考虑到性能与安全性，推荐使用固定大小缓冲区配合指针偏移方式处理。

示例代码：基础请求行解析

#include 
#include 
#include 

typedef struct {
    char method[16];
    char uri[256];
    char version[16];
} rtsp_request_line;

int parse_request_line(const char* line, rtsp_request_line* out) {
    char buffer[512];
    char *method, *uri, *version;

    strncpy(buffer, line, sizeof(buffer) - 1);
    buffer[sizeof(buffer) - 1] = '';

    method = strtok(buffer, " ");
    uri = strtok(NULL, " ");
    version = strtok(NULL, " 
");

    if (!method || !uri || !version) return -1;

    strcpy(out->method, method);
    strcpy(out->uri, uri);
    strcpy(out->version, version);

    return 0;
}

逻辑分析与参数说明

• strncpy(buffer, line, ...) ：复制原始字符串至本地缓冲区，避免修改原数据。
• strtok() ：按空格拆分字符串，依次提取方法、URI和版本。
• 返回 -1 表示解析失败（字段缺失），成功返回 0 。
• 结构体 rtsp_request_line 封装了解析结果，便于后续传递。

此函数仅为起始行解析的第一步，需集成进更大的报文处理器中。

4.1.2 关键头部字段提取：CSeq、User-Agent、Transport

在完成起始行解析后，下一步是逐条处理头部字段。每条头部应被解析为“键-值”对，并存储于上下文中供后续使用。以下是几个最关键的头部字段及其作用：

其中， Transport 头最为关键，其典型值如下：

Transport: RTP/AVP;unicast;client_port=5000-5001

这表示客户端支持RTP over AVP profile，采用单播模式，并告知服务器其RTP接收端口为5000，RTCP为5001。

解析 Transport 头的 C 实现片段

typedef struct {
    int rtp_port;
    int rtcp_port;
    int is_tcp; // 0=UDP, 1=TCP
} transport_params;

int parse_transport_header(const char* value, transport_params* params) {
    char *port_str = strstr(value, "client_port=");
    if (!port_str) return -1;

    int rtp, rtcp;
    if (sscanf(port_str, "client_port=%d-%d", &rtp, &rtcp) == 2) {
        params->rtp_port = rtp;
        params->rtcp_port = rtcp;
        params->is_tcp = strstr(value, "interleaved") ? 1 : 0;
        return 0;
    }
    return -1;
}

逻辑分析与参数说明

• strstr() 查找 "client_port=" 子串位置；
• sscanf() 提取两个端口号，格式为 rtp-rtcp ；
• 若出现 interleaved 字样，则表示使用RTSP over TCP隧道模式；
• 成功解析返回 0 ，否则 -1 ；
• 输出参数 params 包含后续RTP发送所需的目标端口信息。

该函数为 SETUP 阶段的关键前置步骤，决定了媒体流的发送目标地址与传输协议选择。

4.1.3 方法名识别与路由分发机制

一旦完成起始行与头部字段的解析，下一步是根据方法名调用相应的处理函数。常见的RTSP方法包括：

• OPTIONS ：查询服务器支持的方法列表；
• DESCRIBE ：获取媒体描述（SDP）；
• SETUP ：建立会话并分配传输通道；
• PLAY ：启动媒体流发送；
• PAUSE ：暂停播放（可选）；
• TEARDOWN ：终止会话并释放资源。

为实现灵活的请求分发，可定义一个函数指针表或使用条件分支结构进行调度。

void handle_request(rtsp_request_line* req, 
                    transport_params* trans, 
                    client_session_t* session) {
    if (strcmp(req->method, "DESCRIBE") == 0) {
        handle_describe(req, session);
    } else if (strcmp(req->method, "SETUP") == 0) {
        handle_setup(req, trans, session);
    } else if (strcmp(req->method, "PLAY") == 0) {
        handle_play(session);
    } else if (strcmp(req->method, "TEARDOWN") == 0) {
        handle_teardown(session);
    } else {
        send_rtsp_response(session->sockfd, 501, req->cseq, "Not Implemented");
    }
}

逻辑分析与参数说明

• handle_request() 是主分发入口，接收解析后的请求对象与会话上下文；
• 使用 strcmp() 对比方法名，调用对应处理函数；
• 若方法未实现，则返回 501 Not Implemented 错误；
• 所有响应均需携带相同的 CSeq 值以保证事务一致性。

该机制构成了整个RTSP服务器的控制中枢，直接影响系统的可扩展性与可维护性。

状态机建模与 mermaid 流程图

为确保客户端遵循正确的操作顺序，必须引入状态机模型。典型的RTSP客户端状态迁移如下：

stateDiagram-v2
    [*] --> IDLE
    IDLE --> DESCRIBED: DESCRIBE
    DESCRIBED --> SET_UP: SETUP
    SET_UP --> PLAYING: PLAY
    PLAYING --> SET_UP: PAUSE
    SET_UP --> PLAYING: PLAY
    SET_UP --> IDLE: TEARDOWN
    PLAYING --> IDLE: TEARDOWN

该图清晰展示了合法状态转移路径。例如，不允许直接从 IDLE 进入 PLAY ，也禁止在未 SETUP 的情况下执行 PLAY 。在代码中可通过枚举变量实现：

typedef enum {
    STATE_IDLE,
    STATE_DESCRIBED,
    STATE_SET_UP,
    STATE_PLAYING
} client_state_t;

每次处理请求前检查当前状态，若不满足前置条件则返回 455 Method Not Valid in This State 。

4.2 各关键方法的处理流程与实践实现

RTSP协议的交互流程本质上是一个状态驱动的过程，每个方法的执行都会改变客户端的会话状态，并触发相应的资源分配或释放动作。正确实现这四个核心方法不仅是功能完整性的体现，更是系统稳定性与互操作性的保障。下面分别详述各方法的处理逻辑与C语言实现要点。

4.2.1 DESCRIBE：返回SDP描述信息（Content-Type: application/sdp）

DESCRIBE 请求的目的是让客户端获取媒体流的元信息，主要包括编码格式、时钟频率、负载类型、RTP映射等。服务器应返回一个带有 application/sdp 类型主体的200 OK响应。

响应格式如下：

RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 2
Content-Type: application/sdp
Content-Length: [length]

v=0
o=- 1234567890 1 IN IP4 127.0.0.1
s=H.264 Video Stream
t=0 0
m=video 0 RTP/AVP 96
a=rtpmap:96 H264/90000
a=fmtp:96 packetization-mode=1; sprop-parameter-sets=Z0IAKeNQBAAAAwAABBDS,aM48gA==

其中 sprop-parameter-sets 是H.264的SPS和PPS Base64编码，极为关键。

SDP生成函数框架（简化版）

char* generate_sdp_description() {
    static char sdp[2048];
    const char* sprop = "Z0IAKeNQBAAAAwAABBDS,aM48gA=="; // 示例SPS/PPS
    snprintf(sdp, sizeof(sdp),
        "v=0
"
        "o=- %llu 1 IN IP4 127.0.0.1
"
        "s=H.264 Video Stream
"
        "t=0 0
"
        "m=video 0 RTP/AVP 96
"
        "a=rtpmap:96 H264/90000
"
        "a=fmtp:96 packetization-mode=1;sprop-parameter-sets=%s
",
        (unsigned long long)time(NULL), sprop);
    return sdp;
}

逻辑分析与参数说明

• o= 行中的第一个数字为会话ID，建议使用时间戳；
• m=video 0 表示动态负载类型，端口由SETUP阶段确定；
• rtpmap:96 指定PT=96对应H.264，时钟速率90kHz；
• fmtp 中包含解码所需的SPS/PPS参数；
• 整个SDP作为响应体发送，需设置 Content-Type 与 Content-Length 。

4.2.2 SETUP：解析Transport头，分配RTP/RTCP端对，启动会话

SETUP 请求的核心任务是建立RTP传输通道。服务器需解析 Transport 头中的 client_port ，并向客户端指定的端口发送RTP和RTCP包。

典型响应：

RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 3
Transport: RTP/AVP;unicast;client_port=5000-5001;server_port=6000-6001
Session: 12345678

服务器随机选择一对本地端口用于发送RTP/RTCP（如6000/6001），并通过 server_port 回馈给客户端。

端口分配与会话初始化代码

int allocate_rtp_ports(int* rtp, int* rtcp) {
    *rtp = rand() % 10000 + 40000;      // 40000~49999
    *rtcp = *rtp + 1;
    // TODO: check port availability
    return 0;
}

随后绑定UDP套接字并准备发送：

struct sockaddr_in dest_addr;
dest_addr.sin_family = AF_INET;
dest_addr.sin_port = htons(client_rtp_port);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &dest_addr.sin_addr);

sendto(rtp_socket, rtp_packet, len, 0, 
       (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));

逻辑分析与参数说明

• 使用高位端口减少冲突风险；
• sendto() 发送RTP包至客户端指定RTP端口；
• 会话ID需全局唯一，可用UUID或递增ID生成；
• 若使用TCP interleaving，则无需单独UDP socket，数据通过RTSP连接发送。

4.2.3 PLAY：发送RTSP 200 OK，触发媒体流定时发送线程

PLAY 请求表示客户端已准备好接收媒体流。服务器应在返回 200 OK 后立即启动定时器或线程，按照帧率周期性发送RTP包。

响应示例：

RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 4
Range: npt=0.000-
Session: 12345678
RTP-Info: url=rtsp://...;seq=1000;rtptime=56789

RTP-Info 提供初始序列号与时间戳，帮助客户端同步播放。

启动RTP发送线程示例

pthread_t rtp_thread;
pthread_create(&rtp_thread, NULL, send_rtp_stream, session);

线程内部循环读取H.264帧并封装为RTP FU-A包发送。

4.2.4 TEARDOWN：释放资源，关闭RTP会话，清除状态

TEARDOWN 标志着会话终结。服务器应停止RTP发送线程，关闭相关socket，释放内存，并将客户端状态重置为 IDLE 。

void handle_teardown(client_session_t* session) {
    if (session->rtp_running) {
        session->rtp_running = 0;
        pthread_join(session->rtp_thread, NULL);
    }
    close(session->rtp_socket);
    free(session);
}

确保无资源泄漏，是高并发场景下的关键健壮性措施。

4.3 SDP描述生成策略

SDP（Session Description Protocol）是RTSP通信中不可或缺的部分，它以标准化格式描述媒体流属性，使客户端能够正确初始化解码器与播放器。生成合法且兼容性强的SDP内容，是RTSP服务器专业性的体现。

4.3.1 版本号（v=）、会话名（s=）、时间活性（t=）字段设置

• v=0 ：SDP协议版本，固定为0；
• s= ：会话名称，可自定义如 Live H.264 Stream ；
• t=0 0 ：表示持续活动会话，无固定开始/结束时间。

这些字段虽简单，但缺一不可。

4.3.2 媒体行（m=）与属性行（a=rtpmap:）构造

m=video 0 RTP/AVP 96 表示视频流使用动态负载类型96。

a=rtpmap:96 H264/90000 映射PT=96到H.264编码，采样率90kHz。

4.3.3 封装H.264流的常见SDP模板实例

见上文完整示例，包含SPS/PPS传递，是H.264流媒体互通的关键。

4.4 实战编码：完整处理一次RTSP交互流程

整合前述组件，形成完整请求处理链路。

4.4.1 从socket读取请求字符串

使用 recv() 读取TCP流，按 判断头部结束。

4.4.2 解析Transport头获取客户端RTP端口

调用 parse_transport_header() 提取端口信息。

4.4.3 构造并发送包含SDP体的200 OK响应

组合状态行、头部与SDP体，使用 send() 发送。

最终实现一个能被VLC等标准播放器识别的最小RTSP服务器核心逻辑。

5. 最小RTSP服务器完整代码分析与实战

5.1 整体代码架构与模块划分

最小RTSP服务器的设计目标是在保证协议合规性的前提下，以最简结构实现核心功能。整个项目采用模块化C语言设计，主要由三个源文件构成： main.c 、 rtsp_server.h 和 rtp_packet.h ，辅以简单的Makefile进行编译管理。

// rtsp_server.h
#ifndef RTSP_SERVER_H
#define RTSP_SERVER_H

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define SERVER_PORT     8554
#define BUFFER_SIZE     1024
#define RTP_PORT_START  9000
#define MAX_CLIENTS     10
#define FPS             25
#define VIDEO_MTU       1460

typedef struct {
    int fd;
    int rtp_fd;
    int rtcp_fd;
    int rtp_port;
    int rtcp_port;
    char session_id[32];
    time_t last_heartbeat;
    int is_playing;
} client_t;

extern client_t clients[MAX_CLIENTS];
extern int server_fd;

void *rtp_stream_thread(void *arg);
void handle_request(char *buffer, int size, struct sockaddr_in *client_addr);
char* generate_sdp_description(int rtp_port, int rtcp_port);
void send_response(int fd, const char *response);

#endif

// rtp_packet.h
#pragma pack(push, 1)
typedef struct {
    uint8_t version:2;      
    uint8_t padding:1;     
    uint8_t extension:1;   
    uint8_t csrc_count:4;  
    uint8_t marker:1;       
    uint8_t payload_type:7;
    uint16_t sequence_number;
    uint32_t timestamp;
    uint32_t ssrc;
} rtp_header_t;
#pragma pack(pop)

系统启动后，主函数初始化TCP监听套接字，进入事件循环等待客户端连接。每个RTSP请求通过 handle_request() 解析并分发处理，而媒体流则通过独立线程调用 rtp_stream_thread() 定时发送模拟H.264帧数据。

全局状态变量包括：
- clients[MAX_CLIENTS] ：客户端上下文数组，记录会话状态
- server_fd ：监听套接字描述符
- running 标志位用于控制服务终止

该架构支持最多10个并发客户端，每个客户端拥有独立的RTP/RTCP端口对和播放状态，具备基本的资源隔离能力。

5.2 关键函数深度解析

5.2.1 请求分发器：根据method调用对应处理函数

handle_request() 函数负责从原始HTTP-like报文中提取方法名，并路由至相应处理逻辑：

void handle_request(char *buffer, int size, struct sockaddr_in *client_addr) {
    char method[32], uri[128], protocol[32];
    char cseq_str[64] = {0};
    char transport_str[256] = {0};

    sscanf(buffer, "%s %s %s", method, uri, protocol);

    // 提取CSeq头
    char *cseq_pos = strstr(buffer, "CSeq:");
    if (cseq_pos) sscanf(cseq_pos, "CSeq: %s", cseq_str);

    // 构建响应头部模板
    char response[BUFFER_SIZE * 4];
    snprintf(response, sizeof(response),
             "%s 200 OK
CSeq: %s
Server: Mini-RTSP-Server/1.0
",
             protocol, cseq_str);

    if (strcmp(method, "DESCRIBE") == 0) {
        char sdp[1024];
        strcpy(sdp, generate_sdp_description(RTP_PORT_START, RTP_PORT_START + 1));
        strcat(response, "Content-Type: application/sdp
");
        strcat(response, "Content-Length: ");
        char len_str[16];
        sprintf(len_str, "%zu", strlen(sdp));
        strcat(response, len_str);
        strcat(response, "

");
        strcat(response, sdp);
    }
    else if (strcmp(method, "SETUP") == 0) {
        // 解析Transport头获取客户端RTP端口
        char *transport_pos = strstr(buffer, "Transport:");
        if (transport_pos) strncpy(transport_str, transport_pos, sizeof(transport_str)-1);

        int client_rtp_port = RTP_PORT_START;
        if (strstr(transport_str, "client_port=")) {
            sscanf(strstr(transport_str, "client_port="), "client_port=%d", &client_rtp_port);
        }

        // 分配会话ID
        static int session_counter = 0;
        client_t *cli = &clients[session_counter % MAX_CLIENTS];
        sprintf(cli->session_id, "%08x", rand());
        cli->rtp_port = client_rtp_port;
        cli->rtcp_port = client_rtp_port + 1;
        cli->last_heartbeat = time(NULL);
        cli->is_playing = 0;

        strcat(response, "Transport: RTP/AVP;unicast;client_port=");
        char port_buf[16];
        sprintf(port_buf, "%d-%d", client_rtp_port, client_rtp_port+1);
        strcat(response, port_buf);
        strcat(response, "
Session: ");
        strcat(response, cli->session_id);
        strcat(response, "

");
        session_counter++;
    }
    else if (strcmp(method, "PLAY") == 0) {
        strcat(response, "Session: ");
        strcat(response, clients[0].session_id); // 简化模型使用固定会话
        strcat(response, "

");

        clients[0].is_playing = 1;
        pthread_t tid;
        pthread_create(&tid, NULL, rtp_stream_thread, &clients[0]);
        pthread_detach(tid);
    }
    else if (strcmp(method, "TEARDOWN") == 0) {
        clients[0].is_playing = 0;
        strcat(response, "Session: ");
        strcat(response, clients[0].session_id);
        strcat(response, "

");
    }
    else {
        snprintf(response, sizeof(response), "%s 405 Method Not Allowed

", protocol);
    }

    sendto(server_fd, response, strlen(response), 0,
           (struct sockaddr*)client_addr, sizeof(*client_addr));
}

此函数实现了完整的RTSP方法路由机制，能正确解析关键头部字段如 CSeq 和 Transport ，并生成符合RFC 2326规范的响应消息。

5.2.2 SDP生成函数：generate_sdp_description()逻辑拆解

char* generate_sdp_description(int rtp_port, int rtcp_port) {
    static char sdp[1024];
    time_t now = time(NULL);
    struct tm *tm_now = gmtime(&now);

    snprintf(sdp, sizeof(sdp),
             "v=0
"
             "o=- %zu %zu IN IP4 127.0.0.1
"
             "s=H.264 Stream
"
             "i=Streaming from Mini RTSP Server
"
             "t=0 0
"
             "a=tool:mini-rtsp-server/v1
"
             "a=type:broadcast
"
             "a=control:*
"
             "m=video %d RTP/AVP 96
"
             "c=IN IP4 0.0.0.0
"
             "a=rtpmap:96 H264/90000
"
             "a=fmtp:96 packetization-mode=1; profile-level-id=42e01f; sprop-parameter-sets=Z0LAH9kAUAWgQA==,aM48gA==
"
             "a=control:track0
",
             now, now, rtp_port);

    return sdp;
}

该函数构造了一个标准的SDP描述体，其中包含以下关键属性：
- o= 字段提供唯一会话标识
- m=video 行声明视频流使用Payload Type 96
- a=rtpmap 映射PT=96到H.264编码
- a=fmtp 包含SPS/PPS参数集Base64编码，确保解码器可初始化

5.2.3 RTP定时发送线程：使用usleep()或timerfd实现恒定帧率注入

void *rtp_stream_thread(void *arg) {
    client_t *client = (client_t*)arg;
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    struct sockaddr_in dest_addr;
    memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));
    dest_addr.sin_family = AF_INET;
    dest_addr.sin_port = htons(client->rtp_port);
    dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 实际应来自SETUP中的client IP

    rtp_header_t header;
    memset(&header, 0, sizeof(header));
    header.version = 2;
    header.payload_type = 96;
    header.ssrc = htonl(0x12345678);

    uint32_t ts_inc = 3600; // 90kHz clock for H.264 at ~25fps
    header.timestamp = rand();

    FILE *fp = fopen("sample.h264", "rb"); // 模拟输入文件
    if (!fp) fp = stdin; // 若无文件则从标准输入读取

    uint8_t nal_buffer[VIDEO_MTU];
    int seq_num = 0;

    while (client->is_playing && fread(nal_buffer, 1, 4, fp) > 0) {
        uint32_t nal_size;
        memcpy(&nal_size, nal_buffer, 4);
        nal_size = __builtin_bswap32(nal_size);

        if (nal_size > VIDEO_MTU - 12) continue;

        fread(nal_buffer, 1, nal_size, fp);
        header.sequence_number = htons(seq_num++);
        header.timestamp = htonl(header.timestamp);

        uint8_t packet[VIDEO_MTU];
        memcpy(packet, &header, 12);
        memcpy(packet + 12, nal_buffer, nal_size);

        sendto(sockfd, packet, 12 + nal_size, 0,
               (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));

        header.timestamp += ts_inc;
        usleep(1000000 / FPS); // 控制帧率
    }

    fclose(fp);
    close(sockfd);
    pthread_exit(NULL);
}

该线程按25FPS速率持续发送H.264 NAL单元，每个NAL封装为单个RTP包（未实现分片）。时间戳基于90kHz时钟递增，确保接收端正确同步播放。

sequenceDiagram
    participant Client
    participant RTSP_Server
    participant RTP_Thread

    Client->>RTSP_Server: DESCRIBE rtsp://host/test
    RTSP_Server->>Client: 200 OK + SDP
    Client->>RTSP_Server: SETUP rtsp://host/test
    RTSP_Server->>Client: 200 OK + Session ID
    Client->>RTSP_Server: PLAY rtsp://host/test
    RTSP_Server->>RTP_Thread: Start thread with client context
    loop Every 40ms (25fps)
        RTP_Thread->>Client: Send RTP packet (PT=96, H.264)
    end
    Client->>RTSP_Server: TEARDOWN
    RTSP_Server->>RTP_Thread: Set is_playing=false

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简介：RTSP（实时流协议）是控制音视频等实时媒体流播放的关键应用层协议，通常与RTP（实时传输协议）配合使用，完成媒体数据的传输。本文介绍一个用C语言编写的最小RTSP服务器项目，涵盖RTSP请求解析、RTP会话管理、媒体数据封装与UDP传输等核心功能。该项目结构简洁，适合初学者理解流媒体服务器的工作机制，并掌握C语言在网络编程中的实际应用。通过学习该代码，读者可深入掌握RTSP/RTP协议交互流程，并具备扩展功能如支持更多命令或优化并发处理的能力。

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