架构总览

相关源文件

本页面内容基于以下源文件生成：

• README.md
• srtcore/api.h
• srtcore/core.h
• srtcore/channel.h
• srtcore/queue.h
• haicrypt/haicrypt.h

SRT（Secure Reliable Transport）是一个开源传输协议，专为超低延迟（亚秒级）音视频流及通用批量数据传输设计。该协议在贡献与分发端点之间提供安全、可靠且自适应的传输能力，能够在抖动和带宽波动的网络环境中维持恒定的端到端延迟。SRT 的三大核心特性——安全加密、丢包恢复和网络自适应——使其成为实时流媒体工作流中的关键基础设施（README.md:24-36）。

SRT 协议实现了 AES 加密以保护媒体流载荷，并提供多种错误恢复机制来最小化典型互联网连接中的丢包。其中，自动重传请求（ARQ）是主要的错误恢复方法：当接收方检测到丢包时，会向发送方发送警报请求重传。此外，协议还支持前向纠错（FEC）和连接绑定等高级特性（README.md:36-38）。

系统架构总览

SRT 的整体架构采用分层设计，从上到下依次为：API 控制层、核心协议层、队列与多路复用层、通道抽象层以及加密子系统。每一层都有明确的职责边界，通过定义良好的接口进行交互。

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架构图要点说明：

1. CUDTSocket 与 CUDT 的分层关系：CUDTSocket 是位于 CUDT 之上的控制层，负责 Socket 生命周期管理，而 CUDT 是核心协议引擎，处理所有传输逻辑。CUDTSocket 拥有 CUDT 实例（srtcore/api.h:77-81）。

2. CUDT 的组件依赖：CUDT 核心类依赖发送/接收缓冲区（buffer_snd、buffer_rcv）、拥塞窗口（window）、数据包（packet）、队列（queue）、握手模块（handshake）以及拥塞控制（congctl）等关键组件（srtcore/core.h:54-78）。

3. 多路复用器的资源整合：CMultiplexer 将发送队列、接收队列、通道和定时器整合在一起，多个 UDT 实例可以共享同一个多路复用器，通过引用计数管理生命周期（srtcore/queue.h:395-618）。

4. 通道层的 UDP 封装：CChannel 是对底层 UDP socket 的薄封装，提供 open、close、sendto 等操作，将 SRT 数据包映射到 UDP 传输（srtcore/channel.h:64-92）。

5. 加密子系统的独立性：HaiCrypt 作为独立的加密子系统，通过 HaiCrypt_Handle 句柄与核心层交互，支持 AES-128/192/256 以及 GCM 模式（haicrypt/haicrypt.h:30-93）。

核心类层次结构

CUDTSocket 控制层

CUDTSocket 是 SRT API 层的核心类，充当 CUDT 核心功能层的控制包装器。其职责边界明确：负责 Socket 的创建、绑定、连接、监听等生命周期管理操作，但不直接处理数据传输逻辑。

职责边界：

• 管理 Socket 状态机（打开、绑定、连接、监听、关闭）
• 维护 Socket 配置参数
• 协调 CUDT 核心实例与底层多路复用器的关联
• 不直接处理数据包的发送与接收

入口与关键 API： CUDTSocket 通过 CUDTUnited 全局管理器进行实例化和查找。CUDTUnited 维护所有活跃 Socket 的注册表，负责 ID 分配和并发访问控制（srtcore/api.h:71-242）。

关键数据结构：

• Socket ID：唯一标识每个 SRT Socket
• Socket 配置：通过 CUDT 实例间接管理
• 状态信息：连接状态、绑定地址等

CUDT 核心协议引擎

CUDT 是 SRT 协议的核心实现类，承载了所有传输逻辑，包括可靠传输、拥塞控制、流量控制、数据包调度等。该类的头文件依赖揭示了其复杂的内部结构（srtcore/core.h:54-78）。

职责边界：

• 实现完整的 SRT/UDT 传输协议
• 管理发送和接收缓冲区
• 执行拥塞控制算法
• 处理握手与连接建立
• 集成数据包过滤与 FEC
• 不直接操作网络 I/O（委托给队列层）

关键依赖组件：

关键调用链： 数据发送时，CUDT 将应用层数据封装为 CPacket，经过拥塞窗口检查后放入发送缓冲区，再由发送队列调度通过 CChannel 发出。数据接收时，CChannel 从 UDP 接收数据包，经接收队列分发到对应的 CUDT 实例，经过排序、解密后交付应用层。

错误处理与边界条件：

• 拥塞窗口满时，数据发送将被阻塞或缓存
• 接收缓冲区溢出时，根据配置执行丢弃或反压策略
• 握手超时后触发连接失败回调
• 加密失败时丢弃对应数据包并记录错误

传输层与多路复用架构

CChannel UDP 通道封装

CChannel 是对底层 UDP socket 的面向对象封装，为上层提供统一的网络 I/O 抽象。该类隐藏了平台相关的 socket 操作细节（srtcore/channel.h:64-92）。

职责边界：

• 封装 UDP socket 的创建、绑定与关闭
• 提供基于地址的数据包发送接口
• 查询本地与对端 socket 地址
• 管理 UDP 发送/接收缓冲区大小
• 不处理协议逻辑（如重传、排序）

入口与关键 API：

关键数据结构：

• sockaddr_any：兼容 IPv4/IPv6 的通用地址结构
• CPacket：SRT 数据包实体，包含头部与载荷
• UDPSOCKET：底层 UDP socket 描述符的抽象类型

错误处理：

• socket 创建失败时抛出异常
• sendto 返回实际发送字节数，失败时返回错误码
• 地址查询失败时输出无效地址

发送/接收队列与多路复用器

发送队列 CSndQueue 和接收队列 CRcvQueue 是连接核心协议层与通道层的关键桥梁。多路复用器 CMultiplexer 将队列与通道绑定，允许多个 SRT 连接共享同一个 UDP 端口（srtcore/queue.h:395-618）。

职责边界：

• CSndQueue：从 CUDT 实例收集待发送数据包，调度通过 CChannel 发出
• CRcvQueue：从 CChannel 接收 UDP 数据包，根据 Socket ID 分发到对应 CUDT
• CMultiplexer：管理发送队列、接收队列、通道和定时器的生命周期，维护引用计数

关键数据结构：

CMultiplexer 的核心成员（srtcore/queue.h:586-618）：

关键调用链：

1. 发送路径：CUDT → CSndQueue → CChannel::sendto → UDP 网络
2. 接收路径：UDP 网络 → CChannel → CRcvQueue → 根据 Socket ID 查找 CUDT → 数据包入队

生命周期管理： CMultiplexer 构造函数将所有指针初始化为 NULL，防止内存分配失败时的悬空指针问题。析构函数按序释放接收队列、发送队列、定时器，最后调用 close() 关闭通道。引用计数 m_iRefCount 初始为 1，每个新关联的 UDT 实例递增，断开时递减，归零时销毁多路复用器。

错误处理与边界条件：

• 队列为空时的定时轮询策略
• 多路复用器引用计数归零时的资源清理
• resetAtFork() 方法处理 fork 后的状态重置

安全加密子系统

HaiCrypt 加密配置与密钥管理

HaiCrypt 是 SRT 的独立加密子系统，提供 AES 加密/解密功能。该模块通过配置结构体和句柄式 API 与核心层交互（haicrypt/haicrypt.h:30-58）。

职责边界：

• 提供 AES-CTR/AES-GCM 模式的加密与解密
• 管理密钥派生（PBKDF2）与密钥包装（RFC 3394）
• 处理密钥材料的周期性刷新与预通告
• 不处理网络传输（由 SRT 核心层负责传输密钥材料消息）

核心加密常量：

关键数据结构：

HaiCrypt_Secret 定义了安全关联的密钥材料（haicrypt/haicrypt.h:51-58）：

HaiCrypt_Cfg 定义了加密会话的完整配置（haicrypt/haicrypt.h:60-85）：

配置标志位：

加密句柄与方向： HaiCrypt_Handle 是不透明句柄类型，内部指向 hcrypt_Session_str 结构。加密方向通过 HaiCrypt_CryptoDir 枚举区分：HAICRYPT_CRYPTO_DIR_RX（接收解密）和 HAICRYPT_CRYPTO_DIR_TX（发送加密）（haicrypt/haicrypt.h:87-93）。

错误处理与边界条件：

• 密钥材料长度超过 HAICRYPT_SECRET_MAX_SZ 时截断
• 数据包长度超过 data_max_len 时拒绝加密
• 密钥刷新周期到达时自动生成新密钥并预通告
• GCM 模式下认证失败时丢弃数据包

数据流与调用链

以下时序图展示了 SRT 发送端从应用层调用 send 到数据包通过 UDP 传出的完整数据流，以及接收端从 UDP 收包到应用层调用 recv 获取数据的反向流程。

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数据流要点说明：

1. 发送路径的分层委托：应用层调用 send 后，CUDTSocket 将请求委托给 CUDT 核心。CUDT 负责数据包封装、拥塞窗口检查，然后调用 HaiCrypt 加密载荷，最后通过发送队列调度发送（srtcore/api.h:77-81）。

2. 加密在发送队列之前执行：加密操作在 CUDT 核心层完成，确保进入发送队列的数据包已经是密文。这样发送队列无需感知加密状态（haicrypt/haicrypt.h:60-65）。

3. 接收路径的 Socket ID 路由：接收队列从 CChannel 获取原始 UDP 数据包后，根据 SRT 头部中的 Socket ID 查找目标 CUDT 实例，实现多路复用（srtcore/queue.h:395-618）。

4. 通道层的无状态转发：CChannel 仅执行 sendto 操作，不维护连接状态或重传逻辑。所有可靠性保证由上层 CUDT 实现（srtcore/channel.h:114-120）。

5. 解密在排序之前执行：接收端先解密再排序，确保排序逻辑处理的是明文序列号，避免加密后序列号不可用的问题。

6. ARQ 重传的闭环：当接收端检测到丢包时，通过 SRT 控制包（NAK/ACK）通知发送端，发送端从发送缓冲区中取出对应数据包重传，整个重传路径不经过应用层。

核心设计决策与取舍

1. 基于 UDP 的用户态协议栈

SRT 选择在 UDP 之上构建可靠传输协议，而非修改内核协议栈。这一决策使得 SRT 可以在用户态快速迭代，无需操作系统内核支持，同时保持对 UDP 生态（NAT 穿透、防火墙兼容）的兼容性。代价是额外的用户态/内核态数据拷贝开销。

2. 多路复用器的共享与引用计数

CMultiplexer 设计允许多个 SRT Socket 共享同一个 UDP 端口和发送/接收队列。通过引用计数 m_iRefCount 管理生命周期，最后一个 Socket 关闭时才销毁多路复用器。这减少了端口消耗和线程开销，但增加了多路复用器的并发复杂度（srtcore/queue.h:586-604）。

3. 加密子系统的独立抽象

HaiCrypt 作为独立模块，通过 HaiCrypt_Cryspr（加密服务提供者）接口支持不同的加密后端实现。这种抽象允许在不同平台上使用硬件加速（如 AES-NI）或软件回退，但增加了间接调用开销（haicrypt/haicrypt.h:30-32）。

4. 密钥材料的带内传输

SRT 选择通过 SRT 协议本身传输密钥材料，而非依赖外部密钥分发机制。HaiCrypt_Cfg 中的 km_tx_period_ms（默认 1000ms）和 km_refresh_rate_pkt（默认 0x1000000 包）控制密钥材料的周期性发送和刷新。这简化了部署但要求协议本身具备足够的安全性（haicrypt/haicrypt.h:79-84）。

5. CUDTSocket 与 CUDT 的双层架构

将 Socket 管理（CUDTSocket）与协议逻辑（CUDT）分离，使得同一个协议引擎可以被不同的 API 层使用。CUDTSocket 处理 Socket 生命周期和配置，CUDT 专注传输逻辑。这种分离提高了代码可维护性，但也增加了间接层（srtcore/api.h:79-81）。

6. 已知限制

• SRT 当前不支持多路径传输（Multipath），所有数据流通过单一 UDP 连接传输
• FEC 作为包过滤器的扩展实现，与核心传输逻辑的耦合度较高
• CChannel 的 CONID() 方法当前返回空字符串，表明通道层与 Socket ID 的关联尚未完全实现（srtcore/channel.h:69-73）

技术选型表格

模块依赖关系图

以下图表展示了 SRT 核心模块之间的依赖方向，从上层 API 到底层网络 I/O 的完整依赖链。

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依赖关系要点说明：

1. CUDT 是依赖中心：几乎所有核心组件都直接依赖 CUDT，而 CUDT 反向依赖缓冲区、窗口、数据包、拥塞控制、握手、过滤器和加密等模块（srtcore/core.h:54-78）。

2. 队列层的双向依赖：CSndQueue 和 CRcvQueue 既被 CUDT 依赖（作为数据传输通道），也被 CMultiplexer 依赖（作为生命周期管理对象）（srtcore/queue.h:395-618）。

3. 通道层的单一依赖者：CChannel 仅被发送队列和接收队列直接使用，CUDT 不直接操作通道，保持了 I/O 层的隔离（srtcore/channel.h:64-92）。

4. 加密子系统的叶子节点特征：HaiCrypt 不依赖任何 SRT 核心模块，是完全独立的加密库，仅通过 CUDT 的调用向上提供服务（haicrypt/haicrypt.h:30-93）。

关键配置与启动流程

加密配置

SRT 的加密行为通过 HaiCrypt_Cfg 结构体进行配置。以下是一个典型的加密配置流程：

c
1// 1. 获取加密服务提供者实例
2HaiCrypt_Cryspr cryspr = HaiCryptCryspr_Get_Instance();
3
4// 2. 配置加密参数
5HaiCrypt_Cfg cfg;
6cfg.flags = HAICRYPT_CFG_F_TX | HAICRYPT_CFG_F_CRYPTO;  // 发送方向 + 启用加密
7cfg.cryspr = cryspr;
8cfg.key_len = HAICRYPT_DEF_KEY_LENGTH;     // 16 字节 = AES-128
9cfg.data_max_len = HAICRYPT_DEF_DATA_MAX_LENGTH;  // 1500 字节
10cfg.xport = HAICRYPT_XPT_SRT;              // SRT 传输模式
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12// 3. 设置密钥材料
13cfg.secret.typ = HAICRYPT_SECTYP_PASSPHRASE;  // 使用密码模式
14cfg.secret.len = password_length;
15memcpy(cfg.secret.str, password, cfg.secret.len);
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17// 4. 配置密钥刷新策略
18cfg.km_tx_period_ms = HAICRYPT_DEF_KM_TX_PERIOD;           // 1000ms
19cfg.km_refresh_rate_pkt = HAICRYPT_DEF_KM_REFRESH_RATE;    // 0x1000000 包
20cfg.km_pre_announce_pkt = HAICRYPT_DEF_KM_PRE_ANNOUNCE;    // 0x1000 包

多路复用器初始化

CMultiplexer 的初始化流程遵循严格的顺序：构造时所有指针置 NULL，随后依次创建通道、定时器、发送队列和接收队列，最后绑定到指定端口。引用计数从 1 开始，每个新关联的 SRT Socket 递增计数（srtcore/queue.h:595-616）。

连接建立流程

SRT 连接建立涉及以下关键步骤：

1. 创建 Socket：通过 CUDTUnited 创建 CUDTSocket，内部实例化 CUDT
2. 配置参数：设置加密、传输、缓冲区等参数
3. 绑定多路复用器：将 Socket 关联到现有或新建的 CMultiplexer
4. 执行握手：通过 handshake 模块交换连接参数和密钥材料
5. 启动数据传输：握手完成后，发送/接收队列开始工作

密钥生命周期管理

SRT 的密钥管理遵循"预通告-激活-过期"三阶段模型：

• 预通告阶段：新密钥在 km_pre_announce_pkt（默认 4096）个包之前开始发送
• 激活阶段：新密钥在 km_refresh_rate_pkt（默认 16777216）个包后激活
• 过期阶段：旧密钥在预通告期结束后失效

这种设计确保了密钥切换过程中的零中断传输，接收端在过渡期间可以同时使用新旧密钥解密。