WebRTC（十三）：信令服务器

作用

WebRTC 本身只处理媒体流的 P2P 传输、编解码与传输优化，但不包含信令协议。WebRTC 的 PeerConnection 建立流程，需要两端完成连接协商和网络打洞信息的交换。这些内容包括：

功能模块	说明
SDP 协商	中转 offer/answer 信息（媒体能力）
ICE 候选交换	中转 NAT 穿透相关的候选地址
用户身份验证	确保用户合法（如 token 登录）
房间管理	支持多人房间、用户列表维护
心跳检测	检测用户连接状态
广播通知	通知用户上线、下线、离开房间
拓展支持	可扩展为 SFU 适配、统计分析等

工作流程

                ┌──────────────┐│   Peer A     │└──────┬───────┘│ Login▼┌──────────────┐│ Signaling    ││   Server     │└──────┬───────┘│ Notify online▼┌──────────────┐│   Peer B     │└──────────────┘

当 A 和 B 都上线后，建立连接时：

Peer A                       Signaling Server                    Peer B|                                 |                              ||────── Login (userA) ────────►   |                              ||                                 |                              ||◄──── Login ack  ─────────────── |                              ||                                 |                              ||───── Signal: Offer ───────────► | ───────► Offer ───────────► ||                                 |                              ||◄──── Signal: Answer ◄────────── | ◄────── Answer ◄─────────── ||                                 |                              ||───── ICE Candidate ───────────► | ───────► Candidate ───────► ||◄──── ICE Candidate ◄────────── | ◄────── Candidate ◄──────── |

信令消息

类型	说明
login	用户登录
join	加入房间
leave	离开房间
signal	转发 SDP / ICE 消息
ping	心跳保活
room-users	查询当前房间用户列表
user-joined	广播：新用户加入房间
user-left	广播：用户离开房间或掉线

核心职责

步骤	描述
用户登录	记录客户端 ID，与连接对象关联（如 WebSocket）
信令转发	将一个客户端发来的信令（SDP / ICE）转发给目标客户端
用户管理	管理在线用户、断线清理、广播状态等
会话控制（可选）	支持 room、会议、group call、用户状态通知等

信令服务器部署要求

要求

要点	说明
公网可访问	信令服务器必须有一个公网 IP 或域名
使用 TLS/WSS	推荐使用 wss://（加密 WebSocket），提升浏览器兼容性和安全性
防火墙设置	打开 WebSocket 监听端口（默认如 443, 8443, 9001）
使用 CDN/反代（可选）	Nginx、Caddy 等反向代理支持 WSS 路由
跨网测试	客户端部署在不同网络（如：4G/家宽/云主机）进行真实互通测试

部署结构图

       +--------------------------+|     信令服务器 (WSS)     ||   wss://signal.example.com  |+--------------------------+▲           ▲│           │WebRTC A     WebRTC B(家宽/4G)     (云主机/4G)

A 和 B 都通过 WebSocket 连接到信令服务器。服务器转发 offer/answer/ICE 信息后，A 和 B 就可以尝试建立直连 P2P 链接。

部署流程

1. 在云主机或公网服务器部署信令服务器：

./webrtc-signal-server --port 9001

2. 配置 Nginx 反向代理 + TLS（WSS）：

server {listen 443 ssl;server_name signal.example.com;ssl_certificate     /etc/ssl/cert.pem;ssl_certificate_key /etc/ssl/key.pem;location / {proxy_pass http://localhost:9001;proxy_http_version 1.1;proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;proxy_set_header Connection "Upgrade";}
}

3. 客户端连接信令服务器：

const socket = new WebSocket("wss://signal.example.com");

WebRTC整体部署流程图

                           ┌────────────────────┐│   信令服务器       ││  (wss://signal)    │└───────┬────────────┘│┌──────────────────┼──────────────────┐│                                      │┌────────▼─────────┐                ┌──────────▼──────────┐│   Client A        │                │     Client B        ││  (WebRTC App)     │                │    (WebRTC App)     │└────────┬──────────┘                └──────────┬──────────┘│                                       │┌───────▼────────┐                    ┌────────▼───────┐│   STUN/TURN    │◀──────────────────▶│   STUN/TURN    │└────────────────┘                    └────────────────┘

示例

// WebRTC 信令服务器（支持房间机制 + 用户状态广播 + 心跳 + 可扩展协议 + WSS + 查询 + 限制房间人数）
// 编译依赖: uWebSockets (v20+) + OpenSSL + pthread + nlohmann::json#include <uwebsockets/App.h>
#include <unordered_map>
#include <unordered_set>
#include <nlohmann/json.hpp>
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <optional>using json = nlohmann::json;
using namespace std::chrono;constexpr int MAX_USERS_PER_ROOM = 5;struct UserData {std::string userId;std::string roomId;std::string protocol;time_point<steady_clock> lastPing;
};using WS = uWS::WebSocket<false, true, UserData>;std::unordered_map<std::string, WS*> userMap;                // userId -> ws
std::unordered_map<std::string, std::unordered_set<std::string>> roomMap; // roomId -> userId setvoid broadcastToRoom(const std::string& roomId, const std::string& senderId, const std::string& message) {if (!roomMap.count(roomId)) return;for (const auto& userId : roomMap[roomId]) {if (userMap.count(userId)) {userMap[userId]->send(message, uWS::OpCode::TEXT);}}
}void removeUser(WS* ws) {auto userId = ws->getUserData()->userId;auto roomId = ws->getUserData()->roomId;if (!userId.empty()) {userMap.erase(userId);if (!roomId.empty()) {roomMap[roomId].erase(userId);json offline = {{"type", "user-left"},{"userId", userId},{"roomId", roomId}};broadcastToRoom(roomId, userId, offline.dump());}std::cout << "[Disconnected] " << userId << "\n";}
}int main() {std::thread([] {while (true) {std::this_thread::sleep_for(seconds(30));auto now = steady_clock::now();for (auto it = userMap.begin(); it != userMap.end();) {auto ws = it->second;if (duration_cast<seconds>(now - ws->getUserData()->lastPing).count() > 60) {std::cout << "[Timeout] " << it->first << "\n";removeUser(ws);it = userMap.erase(it);} else {++it;}}}}).detach();uWS::SSLApp({.key_file_name = "./certs/key.pem",.cert_file_name = "./certs/cert.pem"}).ws<UserData>("/*", {.open = [](WS* ws) {ws->getUserData()->lastPing = steady_clock::now();},.message = [](WS* ws, std::string_view msg, uWS::OpCode) {try {json j = json::parse(msg);std::string type = j["type"];auto& userData = *ws->getUserData();if (type == "ping") {userData.lastPing = steady_clock::now();} else if (type == "login") {std::string userId = j["userId"];userData.userId = userId;userMap[userId] = ws;if (j.contains("protocol")) {userData.protocol = j["protocol"];}json ack = {{"type", "login"},{"success", true},{"protocol", userData.protocol}};ws->send(ack.dump(), uWS::OpCode::TEXT);} else if (type == "join") {std::string roomId = j["roomId"];if (roomMap[roomId].size() >= MAX_USERS_PER_ROOM) {json err = {{"type", "join"},{"success", false},{"error", "room-full"}};ws->send(err.dump(), uWS::OpCode::TEXT);return;}userData.roomId = roomId;roomMap[roomId].insert(userData.userId);json joined = {{"type", "user-joined"},{"userId", userData.userId},{"roomId", roomId},{"protocol", userData.protocol}};broadcastToRoom(roomId, "", joined.dump());} else if (type == "leave") {std::string roomId = userData.roomId;roomMap[roomId].erase(userData.userId);userData.roomId.clear();json left = {{"type", "user-left"},{"userId", userData.userId},{"roomId", roomId}};broadcastToRoom(roomId, userData.userId, left.dump());} else if (type == "signal") {std::string roomId = userData.roomId;broadcastToRoom(roomId, userData.userId, msg);} else if (type == "room-users") {std::string roomId = j["roomId"];json resp = {{"type", "room-users"},{"roomId", roomId},{"users", json::array()}};if (roomMap.count(roomId)) {for (const auto& uid : roomMap[roomId]) {resp["users"].push_back(uid);}}ws->send(resp.dump(), uWS::OpCode::TEXT);}} catch (...) {ws->send("{\"type\":\"error\",\"msg\":\"invalid json\"}", uWS::OpCode::TEXT);}},.close = [](WS* ws, int, std::string_view) {removeUser(ws);}}).listen(9003, [](auto* token) {if (token) std::cout << "[✔] WSS signaling server running at wss://localhost:9003\n";else std::cerr << "[✘] Failed to start WSS server\n";}).run();
}