Remote Framebuffer Protocol (RFB) 详解

RFC 6143 规范文档：The Remote Framebuffer Protocol

1. 引言

Remote Framebuffer Protocol (RFB) 是一种轻量级、跨平台的远程图形访问协议，主要应用于虚拟网络计算(VNC)系统。其核心设计理念：

• 与图形系统解耦：不依赖特定GUI实现（如X11、Windows GDI）
• 客户端主导模型：由客户端主动请求屏幕更新
• 高效传输：支持多种编码方式和增量更新
• 强扩展性：通过编码类型协商适应不同场景

2. 初始连接流程

2.1 TCP连接建立

• 客户端连接服务器默认端口：5900（或5900+显示编号）
• 使用TCP协议进行可靠传输

2.2 协议版本协商

# 服务器发送协议版本
server_send(b"RFB 003.008\n")  # 固定12字节# 客户端响应支持版本
client_send(b"RFB 003.008\n")  # 取双方都支持的最高版本

2.3 安全握手

3. 显示协议机制

3.1 核心概念

• 帧缓冲区(Framebuffer)：代表屏幕内容的二维像素数组
• 增量传输：仅传输变化的矩形区域
• 编码协商：客户端指定支持的编码列表

3.2 像素格式

struct PixelFormat {uint8 bits_per_pixel;   // 像素深度(8/16/32)uint8 depth;            // 颜色深度uint8 big_endian_flag;  // 字节序(0=小端,1=大端)uint8 true_color_flag;  // 是否真彩色(1=true)uint16 red_max;         // 红色通道最大值uint16 green_max;       // 绿色通道最大值uint16 blue_max;        // 蓝色通道最大值uint8 red_shift;        // 红色位偏移uint8 green_shift;      // 绿色位偏移uint8 blue_shift;       // 蓝色位偏移uint8 padding[3];       // 对齐填充
};

4. 输入协议

4.1 键盘事件(KeyEvent)

struct {uint8 message_type;   // 消息类型 (固定为0x04)uint8 down_flag;      // 按键状态 (1=按下, 0=释放)uint8 padding[2];     // 填充字节uint32 key;           // 键值 (Keysym编码)
} KeyEvent;[消息类型:1][down:1][padding:2][key:4]
// down=1: 按键按下, down=0: 按键释放
// key: X11键码(兼容Windows/Mac)

4.2 鼠标事件(PointerEvent)

struct {uint8 message_type;   // 消息类型 (固定为0x05)uint8 button_mask;    // 按钮状态掩码uint16 x_position;    // X坐标 (0到framebuffer宽度-1)uint16 y_position;    // Y坐标 (0到framebuffer高度-1)
} PointerEvent;[消息类型:1][button-mask:1][x:16][y:16]

按钮掩码(button-mask):

位置 掩码值 (十六进制) 对应按钮
位0 0x01 左键
位1 0x02 中键/滚轮按下
位2 0x04 右键
位3 0x08 滚轮上滚 (扩展)
位4 0x10 滚轮下滚 (扩展)
位5 0x20 侧键后退 (扩展)
位6 0x40 侧键前进 (扩展)

5. 协议消息详解

5.1 握手消息

消息类型	方向	结构
ProtocolVersion	服务器→客户端	“RFB XXX.YYY\n” (12字节)
Security	服务器→客户端	[num-types:1][security-types]
SecurityResult	服务器→客户端	[status:4][reason-string]

5.2 初始化消息

消息类型	方向	结构
ClientInit	客户端→服务器	[shared-flag:1] (1=共享连接)
ServerInit	服务器→客户端	[width:16][height:16][pixel-format][name]

5.3 客户端→服务器消息

类型ID	消息名称	结构	功能说明
0x00	SetPixelFormat	[消息ID][padding:3][PixelFormat]	设置像素格式
0x02	SetEncodings	[消息ID][padding:1][num-enc:2][encodings]	设置支持的编码类型
0x03	FramebufferUpdateRequest	[消息ID][incremental:1][x][y][w][h]	请求帧缓冲区更新
0x04	KeyEvent	[消息ID][down][padding][key]	发送键盘事件
0x05	PointerEvent	[消息ID][button-mask][x][y]	发送鼠标事件
0x06	ClientCutText	[消息ID][padding:3][length:4][text]	发送剪贴板文本

5.4 服务器→客户端消息

类型ID	消息名称	结构	功能说明
0x00	FramebufferUpdate	[消息ID][padding:1][num-rect:2][rects]	发送帧更新
0x01	SetColorMapEntries	[消息ID][padding:1][first-color:2][colors]	设置调色板
0x02	Bell	[消息ID]	触发客户端响铃
0x03	ServerCutText	[消息ID][padding:3][length:4][text]	发送服务器剪贴板文本

6. 编码类型

6.1 标准编码

编码ID	名称	描述
0	Raw	原始像素数据，无压缩
1	CopyRect	复制屏幕已有区域，仅传输源坐标
2	RRE	行程编码，适用于大面积纯色块
5	Hextile	分块处理(16x16)，每块可选子编码
16	ZRLE	Zlib压缩的行程编码，最高效的压缩方式
15	TRLE	透明行程编码，支持透明色

6.2 伪编码

编码ID	名称	描述
-239	Cursor	传输鼠标光标形状和热点位置
-223	DesktopSize	通知客户端桌面分辨率已改变
-258	ExtendedClipboard	扩展剪贴板支持(非标准)

6.3 Hextile编码处理流程

7. 协议工作流程

8. 安全性考虑

8.1 协议原生安全机制

• VNC认证：使用DES加密挑战响应（已不安全）
• 无加密传输：像素数据和输入事件明文传输

8.2 推荐安全实践

1. SSH隧道加密

   ssh -L 5901:localhost:5900 user@remote-server
   vncviewer localhost:5901
   

2. 扩展安全类型

   • TLS (安全类型 18)
   • VeNCrypt (安全类型 19)
   • SASL认证

3. 网络层防护

   • 防火墙限制访问IP
   • VPN隧道保护

9. IANA注册表

RFB协议定义四类IANA注册表：

9.1 安全类型注册（部分）

值	名称	描述
0	Invalid	无效类型
1	None	无认证
2	VNC Authentication	VNC认证
5	RA2	RSA-AES加密
16	Tight	TightVNC扩展
18	TLS	TLS加密
19	VeNCrypt	VeNCrypt安全层

9.2 消息类型范围

方向	范围	说明
客户端→服务器	0-127	RFC定义的核心消息
客户端→服务器	128-255	供应商特定扩展消息
服务器→客户端	0-127	RFC定义的核心消息
服务器→客户端	128-255	供应商特定扩展消息

10. 实际应用与优化

10.1 性能优化策略

1. 编码选择优先级：

   ZRLE > Hextile > RRE > CopyRect > Raw
   

2. 增量更新频率：

   • 静态内容：降低请求频率
   • 动态内容：增加请求频率

3. 带宽自适应：

   • 高带宽：高质量无损压缩
   • 低带宽：降低颜色深度/分辨率

10.2 现代扩展实现

特性	实现方式	支持实现
文件传输	自定义消息类型(0x80+)	TightVNC, UltraVNC
多显示器支持	Xinerama扩展	TigerVNC, RealVNC
视频流优化	H.264编码扩展	TurboVNC
触摸屏支持	扩展PointerEvent	MobileVNC

11. 协议演进历史

版本	发布时间	主要改进
3.3	1998	初始公开版本
3.7	2003	安全类型列表协商
3.8	2011	RFC 6143标准化，伪编码，IANA注册
3.9+	非标准	供应商扩展(文件传输、加密改进等)

最新实现参考：

• TigerVNC
• LibVNC
• RealVNC

附录A：RFB协议状态机

附录B：协议消息结构图

B.1 FramebufferUpdate 消息结构

 0                   1                   2                   30 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
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|    msg-type   |   padding    |         num-rectangles        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                          rectangle 1                         |
|                           (variable)                         |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                          rectangle ...                       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

每个矩形区域结构：

 0                   1                   2                   30 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
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                             x-pos                            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                             y-pos                            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                            width                             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                           height                             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|          encoding-type       |           pixel-data          |
|                              |         (variable)            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

B.2 Hextile编码子矩形示例

附录C：协议数据流示例

C.1 典型通信过程

Client: 连接TCP端口5900
Server: "RFB 003.008\n"
Client: "RFB 003.008\n"
Server: [0x01 0x02] (支持None和VNC认证)
Client: 选择0x02 (VNC认证)
Server: [16字节随机数]
Client: [DES加密的响应]
Server: [0x00000000] (认证成功)
Client: [0x01] (共享连接)
Server: [1280x720][PixelFormat]["My Desktop"]
Client: [SetPixelFormat][SetEncodings]
Client: [FramebufferUpdateRequest]
Server: [FramebufferUpdate (ZRLE编码)]
Client: [PointerEvent (移动鼠标)]
... (持续交互)

C.2 伪编码应用场景