SFU là gì?
SFU (Selective Forwarding Unit) là một kiến trúc dựa trên máy chủ được sử dụng trong WebRTC để thực hiện cuộc gọi video nhiều bên, cuộc gọi âm thanh và truyền dữ liệu. SFU hoạt động như một trung gian giữa các thiết bị, nhận luồng phương tiện từ nhiều thiết bị và sau đó quyết định luồng nào cần được gửi đến thiết bị nào.
WebRTC là gì?
WebRTC là một dự án mã nguồn mở, cho phép bạn kích hoạt truyền dữ liệu âm thanh, video và dữ liệu thời gian thực giữa các thiết bị. WebRTC chạy trên các trình duyệt web cũng như trong các ứng dụng, được hỗ trợ bởi hầu hết các trình duyệt hiện đại và là tiêu chuẩn cho truyền thông video và âm thanh.
So sánh SFU, Mesh và MCU
Trong phần này, chúng ta sẽ xem xét sự khác biệt giữa SFU (Selective Forwarding Unit), Mesh (kết nối P2P dạng lưới) và MCU (Multipoint Control Unit).
1. Selective Forwarding Unit (SFU)
Chuyển tiếp chọn lọc: SFU nhận nhiều luồng và chuyển tiếp chọn lọc đến các thiết bị mà không thay đổi nội dung.
Dựa trên máy chủ: SFU sử dụng máy chủ để định tuyến luồng nhưng không can thiệp vào nội dung.
Ưu điểm:
- Khả năng mở rộng: Giảm tải cho thiết bị khách hàng bằng cách quản lý luồng gửi đến từng thiết bị.
- Yêu cầu xử lý thấp: Do chỉ chuyển tiếp luồng mà không xử lý, giảm độ trễ và yêu cầu CPU.
- Linh hoạt về luồng: Thiết bị khách hàng có thể chọn nhận bao nhiêu luồng tùy thích.
Nhược điểm:
Sử dụng băng thông máy chủ cao: Yêu cầu băng thông và CPU lớn ở phía máy chủ để xử lý tất cả các luồng.
2. Mesh (Kết nối P2P dạng lưới)
Trong kiến trúc Mesh, mỗi người tham gia kết nối trực tiếp với tất cả những người tham gia khác mà không cần máy chủ trung gian. Điều này tạo ra một mạng lưới kết nối giữa các thiết bị.
Ưu điểm:
- Không cần máy chủ trung gian: Giảm phụ thuộc vào máy chủ, tiết kiệm chi phí hạ tầng.
- Độ trễ thấp: Do kết nối trực tiếp giữa các thiết bị, độ trễ có thể thấp hơn.
Nhược điểm:
- Yêu cầu cao về CPU và băng thông trên thiết bị khách hàng: Mỗi thiết bị phải gửi và nhận luồng từ tất cả các thiết bị khác, gây áp lực lớn lên tài nguyên của thiết bị.
- Khả năng mở rộng kém: Khi số lượng người tham gia tăng, yêu cầu băng thông và CPU tăng theo cấp số nhân, làm cho việc mở rộng trở nên khó khăn.
3. Multipoint Control Unit (MCU)
MCU trộn tất cả các luồng vào một hoặc vài luồng trước khi gửi đến khách hàng. MCU yêu cầu nhiều tài nguyên CPU và có thể tạo độ trễ, nhưng giảm yêu cầu về băng thông và xử lý trên thiết bị khách hàng.
Ưu điểm:
- Giảm tải cho thiết bị khách hàng: Do chỉ nhận một luồng tổng hợp, thiết bị khách hàng cần ít băng thông và xử lý hơn.
- Quản lý tập trung: Dễ dàng kiểm soát và quản lý cuộc họp từ máy chủ.
Nhược điểm:
- Yêu cầu cao về tài nguyên máy chủ: MCU cần xử lý và trộn nhiều luồng, đòi hỏi CPU và băng thông lớn.
- Độ trễ cao hơn: Quá trình trộn luồng có thể tạo ra độ trễ, ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng.
- Chất lượng giảm: Có thể mất một số chi tiết hoặc chất lượng trong quá trình trộn.
SFU hoạt động như thế nào?
Dưới đây là hướng dẫn từng bước về cách SFU hoạt động:
Bước 1: Kết nối clients và thu media stream
1. Kết nối người tham gia
Mỗi người tham gia đầu tiên thiết lập kết nối với SFU. Quá trình này liên quan đến một máy chủ báo hiệu nơi các mô tả phiên được trao đổi. Mô tả phiên chứa thông tin quan trọng được sử dụng để thiết lập kết nối.
2. Thu thập media stream
Trên phía khách hàng, các luồng phương tiện được thu thập từ thiết bị của người tham gia, như âm thanh từ micro, video từ camera, v.v. Trong bước tiếp theo, các luồng này được gửi đến SFU.
Bước 2: Truyền stream đến SFU
1. Mã hóa và gửi stream
Thiết bị khách hàng mã hóa luồng phương tiện bằng các codec cho video và âm thanh, sau đó gửi đến SFU. Quá trình này sử dụng giao thức RTP hoặc SRTP nếu cần mã hóa.
2. Nhận bởi SFU
SFU nhận các luồng riêng lẻ từ mỗi thiết bị kết nối và duy trì một luồng đầu vào riêng cho từng thiết bị.
Bước 3: Xử lý luồng tại SFU
1. Không trộn lẫn
Trong SFU, không như MCU, tất cả các luồng đều tách biệt và không có sự trộn lẫn giữa chúng.
2. Chuyển tiếp chọn lọc
SFU nhận một luồng riêng từ mỗi thiết bị và duy trì luồng riêng cho từng người tham gia.
Bước 4: Phân phối luồng bởi SFU
1. Thích nghi
Trước khi chuyển tiếp luồng đến người dùng, SFU thực hiện các điều chỉnh như chọn codec video chất lượng khác nhau và lựa chọn giữa các luồng simulcast. Điều này dựa trên khả năng CPU và băng thông của thiết bị nhận.
2. Chuyển tiếp luồng
SFU chuyển tiếp luồng mà mỗi khách hàng yêu cầu. Thiết bị khách hàng có thể nhận nhiều luồng từ SFU hoặc chỉ một luồng video và âm thanh.
3. Gói RTP hoặc SRTP
Phương tiện được gửi trong các gói RTP hoặc SRTP. Do các thiết bị khác nhau có giới hạn CPU và băng thông khác nhau, SFU tối ưu hóa các gói để đảm bảo luồng chảy mượt mà và chất lượng video ổn định trên các thiết bị.
Bước 5: Nhận và hiển thị phía máy khách
1. Giải mã
Mỗi khách hàng nhận một luồng RTP từ SFU, sau đó giải mã và hiển thị trên màn hình.
2. Đồng bộ hóa
Đồng bộ hóa âm thanh và video rất quan trọng và được xử lý ở cấp độ khách hàng. Thiết bị sử dụng dấu thời gian và số thứ tự từ luồng RTP để đồng bộ hóa phát lại một cách mượt mà.
Ưu điểm của SFU trong WebRTC
1. Khả năng mở rộng
SFU cho phép mở rộng dễ dàng hơn so với P2P, nơi khó tạo và duy trì một mạng lưới kết nối lớn.
Giảm băng thông khách hàng: Trong P2P, mỗi khách hàng phải gửi và nhận luồng từ tất cả các khách hàng khác, tăng yêu cầu băng thông và CPU. SFU giảm tải này bằng cách quản lý luồng trung tâm.
2. Quản lý chất lượng
SFU có thể quyết định luồng nào nên gửi đến thiết bị nào, cải thiện chất lượng tổng thể.
Thích nghi luồng: Dựa trên băng thông và CPU của thiết bị nhận, SFU có thể điều chỉnh chất lượng luồng phù hợp.
3. Giảm tải xử lý phí client
SFU xử lý phần lớn công việc quản lý luồng, giải phóng tài nguyên trên thiết bị khách hàng.
Ít sử dụng CPU hơn: Thiết bị không cần mã hóa và giải mã nhiều luồng, tiết kiệm pin và giảm nhiệt độ.
Trải nghiệm người dùng tốt hơn: Giao diện mượt mà, thiết bị mát hơn và hiệu suất tổng thể cải thiện.
4. Linh hoạt trong xử lý phương tiện
SFU cung cấp khả năng tùy chỉnh cao trong việc quản lý và hiển thị luồng.
Kiểm soát luồng cá nhân: Người dùng có thể chọn luồng muốn nhận và cách hiển thị.
Hỗ trợ tính năng nâng cao: Như simulcasting, codec video có thể mở rộng, v.v.
5. Tăng cường linh hoạt và bảo mật
Mã hóa đầu cuối: Tất cả luồng qua SFU được mã hóa, đảm bảo tính bảo mật.
Giao thức mã hóa: Sử dụng DTLS và SRTP cho mã hóa đầu cuối.
Tuân thủ và bảo mật: SFU có thể ghi lại tương tác nhưng không thể truy cập nội dung luồng, đảm bảo tuân thủ mà không vi phạm quyền riêng tư.
Bảo mật
Trong các mô hình của WebRTC, bảo mật là một yếu tố quan trọng cần được xem xét để đảm bảo an toàn cho dữ liệu và sự riêng tư của người dùng. Dưới đây là phân tích về bảo mật trong các mô hình Mesh, SFU và MCU.
Mã hóa đầu cuối: Trong mô hình Mesh, kết nối giữa các thiết bị là trực tiếp, cho phép mã hóa đầu cuối (E2EE) mà không cần thông qua máy chủ trung gian. Dữ liệu được mã hóa từ nguồn và chỉ được giải mã tại đích, đảm bảo không có bên thứ ba nào có thể truy cập nội dung.
Hỗ trợ mã hóa đầu cuối: Mặc dù SFU đóng vai trò trung gian trong việc chuyển tiếp luồng, mô hình này vẫn hỗ trợ mã hóa đầu cuối bằng cách sử dụng các giao thức bảo mật như DTLS và SRTP.
SFU không truy cập nội dung: SFU chỉ chuyển tiếp các luồng dữ liệu đã mã hóa mà không giải mã, do đó nội dung truyền thông được bảo mật và không thể truy cập bởi SFU.
Giải mã tại MCU: Trong mô hình MCU, tất cả các luồng dữ liệu được gửi đến máy chủ MCU để giải mã, trộn và mã hóa lại trước khi gửi đến người nhận. Điều này có nghĩa là dữ liệu ở dạng không mã hóa tại MCU.
Kết luận
SFU đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và trải nghiệm người dùng trong các ứng dụng WebRTC. Bằng cách kết hợp các ưu điểm của Mesh và MCU, SFU cung cấp một giải pháp cân bằng giữa hiệu suất, khả năng mở rộng và chất lượng. Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa SFU, Mesh và MCU giúp các nhà phát triển lựa chọn kiến trúc phù hợp cho ứng dụng của mình.
Tham khảo:
