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【ZeroRange WebRTC 】STUN 在 WebRTC 中的角色与工作原理（深入指南）

news 2025/11/8 10:59:28

STUN 在 WebRTC 中的角色与工作原理（深入指南）

本文面向前端与实时音视频工程师，系统讲解 STUN（Session Traversal Utilities for NAT）在 WebRTC 中的职责、协议细节、与 ICE 的协作，以及实践部署与排障。

为什么需要 STUN：NAT 与连接穿透的背景

绝大多数终端位于内网，使用私有地址（如 192.168.x.x），外界无法直接访问。
NAT（网络地址转换）对入站流量有过滤与映射策略，不同类型行为差异大：
- Full Cone、Restricted Cone、Port-Restricted Cone、Symmetric NAT（对称NAT）等。
结论：多数家庭网络可通过打洞直连；遇到对称 NAT 或严苛防火墙往往需要 TURN 中继。

STUN 是什么：协议概览与要点

标准：RFC 5389（核心），与 ICE（RFC 8445）协作，TURN（RFC 5766）补充。
核心作用：
- 发现客户端“从外部看”的公网映射地址与端口（server-reflexive address，srflx）。
- 在 ICE 连通性检查阶段，使用 STUN 消息进行双向探测与路径“提名（nomination）”。
典型交互：客户端向 STUN 服务器发送 Binding Request，服务器返回 Binding Success，携带 XOR-MAPPED-ADDRESS（即公网映射）。
常见属性（Attributes）：
- XOR-MAPPED-ADDRESS：服务器观察到的外网 IP/端口。
- MESSAGE-INTEGRITY：完整性校验（通常基于短期凭据与 ice-pwd）。
- FINGERPRINT：报文校验（CRC32）。
- ICE-CONTROLLING / ICE-CONTROLLED：决定谁控制候选提名（Offer/Answer角色相关）。
- USE-CANDIDATE：指示提名使用某候选对为最终路径。

STUN 在 WebRTC 中的职责

候选收集：浏览器从多个来源收集候选（host、srflx、relay），其中 srflx 依赖 STUN。
连通性检查：
- 双端建立候选对矩阵，互发 STUN 请求/响应测试可达性与路径质量。
- 控制方（ICE-CONTROLLING）在成功路径上使用 USE-CANDIDATE 提名最终候选对。
与 TURN 协作：若所有直连候选（host/srflx）失败，则回退使用 TURN 的 relay 候选中继媒体。

ICE 如何把 STUN/TURN 串起来（简述）

候选类型：
- host：本机地址（现多为 mDNS 名称），延迟最低。
- srflx：由 STUN 返回的公网映射，适用多数非对称 NAT 场景。
- relay：TURN 中继地址，适合对称 NAT/企业防火墙，最稳但多一跳。
流程关键点：
- 候选优先级排序与配对；并行 STUN 检查缩短建链时间。
- Trickle ICE：候选边收集边上报，缩短首包时间。
- ICE 重启：网络切换时用 createOffer({ iceRestart: true }) 触发重新探测。

浏览器侧实践：如何使用 STUN（含示例）

配置 STUN/TURN：

const pc = new RTCPeerConnection({iceServers: [{ urls: 'stun:stun.l.google.com:19302' },// 生产建议自建或购买可靠 TURN，并启用 TLS/443{ urls: 'turns:turn.example.com:443?transport=tcp', username: 'user', credential: 'pass' }],// 可保持默认；需要更快首包可配合 Trickle ICEiceCandidatePoolSize: 0
});pc.onicecandidate = (e) => {if (e.candidate) {// 通过你的信令通道发送到远端sendToRemote({ type: 'candidate', candidate: e.candidate });}
};// Trickle ICE: 远端逐步添加候选
async function onRemoteCandidate(msg) {await pc.addIceCandidate(msg.candidate);
}

行为提示：
- 现代浏览器会用 mDNS 隐藏 host 候选中的真实内网 IP，降低隐私暴露。
- 企业网络下更偏好 turns://...:443?transport=tcp，以绕过 UDP 封锁。

常见问题与排障

只出现 relay 候选：网络严格或对称 NAT；检查 STUN 可达性与端口策略，确保 TURN 已配置且证书有效。
候选为空或连接失败：确认信令正确传递 SDP 与候选；调用顺序正确（本地先 setLocalDescription，远端先 setRemoteDescription）。
黑屏/无声：编解码不匹配、码率限制过低或带宽不足；检查 a=rtpmap/a=fmtp 与网络质量。
IP 隐私：启用默认 mDNS；必要时禁用公开主机候选或使用策略仅允许 relay。

部署与配置建议

STUN 服务器：
- 开发可用公共 stun:stun.l.google.com:19302；生产建议自建，提升稳定性与可控性。
- 启用 IPv6、部署多地域，提升连通性与降低 RTT。
TURN 服务器：
- 使用成熟的 coturn，同时启用 UDP+TCP+TLS（turns:）并优先 443 端口。
- 使用临时凭证（TURN REST API 扩展），按分钟签发，避免静态凭证滥用。
- 监控并发与带宽，规划水平扩展与健康检查。
客户端策略：
- 开启 Trickle ICE；必要时将 iceTransportPolicy: 'relay' 强制中继，确保可用性。
- 网络切换时 ICE 重启；弱网时适当降低视频分辨率与码率。

关键术语速查

STUN：发现公网映射与连通性检查的工具协议。
ICE：候选收集、连通性检查与选路的框架。
TURN：当直连不可达时的中继转发协议与服务。
srflx：由 STUN 返回的服务器反射候选地址类型。
提名（Nomination）：选择最终用于传输的候选对过程。

参考与延伸阅读

RFC 5389: Session Traversal Utilities for NAT (STUN)
RFC 8445: Interactive Connectivity Establishment (ICE)
RFC 5766: Traversal Using Relays around NAT (TURN)
WebRTC 规格与 MDN：RTCPeerConnection, iceServers, onicecandidate

附：与 STUN/ICE 相关的 SDP 片段（示意）

v=0
o=- 46117326 2 IN IP4 127.0.0.1
s=-
t=0 0
a=group:BUNDLE 0 1
a=ice-options:trickle
m=audio 9 UDP/TLS/RTP/SAVPF 111 0
c=IN IP4 0.0.0.0
a=mid:0
a=sendrecv
a=rtpmap:111 opus/48000/2
a=setup:actpass
a=fingerprint:sha-256 3A:...:7F
a=ice-ufrag:u1Ab
a=ice-pwd:9kD3...
# 以下为示意性的 ICE 候选
a=candidate:1 1 udp 2122260223 192.168.1.5 54321 typ host
a=candidate:2 1 udp 1686052607 203.0.113.10 62000 typ srflx raddr 192.168.1.5 rport 54321
a=candidate:3 1 udp 1518280447 203.0.113.20 3478 typ relay

总结：STUN 解决“公网身份发现”、在 ICE 中承担“连通性检查”的关键角色；与 TURN 搭配即可在复杂网络保持稳定低延迟的 WebRTC 体验。实践的关键在于合理配置 STUN/TURN、完善的信令、启用 Trickle ICE 与必要的 ICE 重启，以及对编解码与带宽策略的审慎选择。

在 macOS 上进行 STUN 实际测试（操作指南）

目标：验证浏览器是否能从 STUN 获取 srflx 候选，以及在不同网络环境下的可达性与表现。

方式一：使用本仓库测试页（快速）

打开本目录中的测试页：stun-test.html（本地访问示例：http://localhost:8001/stun-test.html）
直接链接（需本地服务器或支持相对路径预览）：stun-test.html
在输入框填入 STUN/TURN URI（可多个，逗号分隔），如：
- stun:stun.l.google.com:19302
- turns:turn.example.com:443?transport=tcp（如你已配置 TURN）
点击“开始测试”，观察表格中收集到的候选：
- host：本机/局域网候选（现代浏览器多为 mDNS 名称）。
- srflx：经 STUN 返回的服务器反射候选，说明公网映射可见。
- relay：来自 TURN 的中继候选，直连失败时兜底。
若只出现 host：
- 可能是网络无需 NAT 映射，或 STUN 不可达；更换 STUN 地址或在不同网络环境下测试。

方式二：在 macOS 上自建 STUN（推荐配合云主机）

本机搭建 STUN 仅能提供“局域网视角”，更准确的 srflx 映射建议将 STUN 部署到具有公网 IP 的云主机。

安装 coturn：

brew install coturn

基本配置（仅启用 STUN，最小化示例）：

# /opt/homebrew/etc/turnserver.conf （Apple Silicon 路径；Intel 通常为 /usr/local/etc/...）
listening-port=3478
fingerprint
no-tls
no-dtls
simple-log=true

启动服务：

turnserver -c $(brew --prefix)/etc/turnserver.conf -v

测试：在测试页输入 stun:<你的主机名或公网IP>:3478，开始收集候选。
提示与扩展：

若你的 Mac 没有公网 IP，本机 STUN 对外网客户端的效果有限；建议把 STUN/ TURN 部署在云主机上进行真实 NAT 映射测试。
若需要中继兜底（TURN），在配置中加入认证并启用 TLS/443，例如：
- 增加：realm=turn.example.com、user=user:pass 或启用临时凭证（TURN REST）。
- 开启：tls-listening-port=5349 并正确配置证书（cert/pkey）。
- 浏览器端使用：turns:turn.example.com:443?transport=tcp。