DLNA 与 UPnP 初探

DLNA 是什么

DLNA 的全称是 Digital Living Network Alliance (数字生活网络联盟),其宗旨是 Enjoy your music, photos and videos, anywhere anytime. DLNA 由索尼、英特尔、微软等发起成立、旨在解决个人PC,消费电器,移动设备在内的无线网络和有线网络的互联互通,使得数字媒体和内容服务的无限制的共享和增长成为可能,目前成员公司已达280多家。
DLNA 并不是创造技术,而是形成一种解决的方案,一种大家可以遵守的规范。所以,其选择的各种技术和协议都是当前所应用很广泛的技术和协议。

Tips:DLNA 意在解决PC,家电,移动设备在 局域网内 的多媒体(音频,视频,图片)共享。

DLNA 中的设备类型

  • Home Network Devices(家庭网络设备)
  1. DMS(Digital Media Server) 即数字媒体服务器,存储,提供媒体内容,为 DMP 或 DMR 所用,比如PC电脑。
  2. DMR(Digital Media Render) 即数字媒体渲染器,被动播放 DMS 上的内容,只能播放 DMC 推送过来的内容,比如TV。
  3. DMC(Digital Media Controller) 即数字媒体控制器,查找 DMS 的内容,建立 DMS 与 DMR 之间的连接并控制媒体的播放,如智能手机,平板电脑等。
  4. DMP(Digital Media Player) 即数字媒体播放器,能从 DMS 上查找并获取媒体内容并播放和渲染显示。比如TV、家庭剧院等。
  • Mobile Handheld Devices(移动手持设备)
  1. M-DMS(Mobile Digital Media Server) 存储,提供媒体内容,为 M-DMP 或 DMR 所用,比如移动手机,随身音乐播放器。
  2. M-DMP(Mobile Digital Media Player) 能从 DMS 或 M-DMS上查找并获取媒体内容并播放和渲染显示,比如移动手机。
  3. M-DMU(Mobile Digital Media Uploader) 向 DMS 或 M-DMS 上传内容,比如数码相机,移动手机。
  4. M-DMD(Mobile Digital Media Downloader) 从 DMS 或 M-DMS 下载内容,比如移动手机,随身音乐播放器。
  5. M-DMC(Mobile Digital Media Controller) 发现 DMS 或 M-DMS上的内容,并发送至 DMR 。比如 PDA,移动手机。

DLNA 的这几种设备类型中,DMS 跟 DMC 比较好理解,一个相当于对外提供内容的服务器,一个相当于远程操控多屏设备的遥控器。而 DMP 跟 DMR 的区别主要是 DMR 是被动地接受别人的推送来播放,而 DMP 是发现别人的视频并播放。

一般移动端产品上的多屏 SDK,实现的功能主要是 DMC 跟 DMP,当然也可以同时实现 DMS 功能(对外发布资源,别人主动发现你的资源 )。

关于设备分类可以直接阅读:
wikipedia Digital Living Network Alliance
或者:https://spirespark.com/dlna/guidelines

DLNA 的架构

dlna-arc.png

从下往上依次介绍:

  1. NetWorking Connectivity

网络互联方式:包括物理连接的标准,有有线的,比如符合IEEE802.3标准的Ethernet;有无线的,比如符合IEEE802.11a/g标准的WiFi等。

  1. NetWorking Stack

网络协议栈:DLNA 的网络协议包括 IPv4 和 IPv6,目前对IPv4的支持的比较好,IPv6后续也会支持起来的。

  1. Device Discovery&Control

设备的发现跟控制是DLNA的基础协议框架层,是DLNA非常重要的一层。DLNA用UPnP协议来实现设备的发现和控制,关于UPnP 下面会专门进行介绍。

  1. Media Management

媒体管理包括媒体内容的识别、管理和分发。UPnP Audio/Video (AV) 技术用来解决 DLNA 设备的多媒体管理。稍后在 UPnP 环节会讲述。

  1. Remote UI

远程用户接口主要定义了网络设备之间的UI 内容是如何被描述,格式化及传输的,也包括不同设备之间的事件发送机制及UI 更新机制。

  1. Media Transport

媒体传输:这一层用HTTP( HyperText Transfer Protocol )超文本传输协议。就是平时我们上网用的媒体传输协议。HTTP 用 TCP 可靠传输,也有混合UDP 方式的 HTTP。现在 HTTP 的版本是 HTTP1.1,可选协议是 RTP。

  1. Media Formats

媒体格式:图片,音频,视频

UPnP 原理

UPnP(Universal Plug and Play) 即通用即插即用,是由“通用即插即用论坛”(UPnP Forum)推广的一套网络协议。该协议的目标是使家庭网络(数据共享、通信和娱乐)和公司网络中的各种设备能够相互无缝连接,并简化相关网络的实现。UPnP通过定义和发布基于开放、因特网通讯网协议标准的UPnP设备控制协议来实现这一目标。

1. UPnP AV(Audio/Video) Architecture

在 UPnP 网络中,服务、设备和控制点(Control Point,即 CP)是基本组件。UPnP网络中定义的设备具有很广泛的含义,各种各样的家电、电脑外设、智能设备、无线设备、个人电脑等等都可以成为其中一员。一个UPnP设备可以是多个服务的载体和多个子设备的嵌套集。而控制点CP 指的是可以发现并控制其它设备的设备。

UPnP 网络中的设备可提供四种服务(Service):

  1. AVTransport Service (可控制多屏设备上的媒体play,pause,seek,stop等)
  2. RenderingControl Service (可调节多屏设备上的音量,声音,静音等)
  3. ContentDirectory Service (可获取多屏设备上可访问的媒体内容)
  4. ConnectionManager Service (可提供所支持的传输协议信息及多屏设备的MIME格式信息)

UPnP AV Architecture 定义了UPnP AV设备间媒体传送以及和CP间的交互。UPnP AV也定义了两种UPnP AV设备:UPnP AV MediaServer Device(MSD)和UPnP AV MediaRenderer Device(MRD), 其中MSD至少包含ContentDirectory和ConnectionManager两种服务;MRD则至少包含RenderingControl和ConnectionManager两种服务。

2. UPnP 的工作过程

  1. 寻址( Addressing )
    IP 寻址是整个UPnP网络的基础。设备或控制点必须支持 IPv4(或者是IPv4 和 IPv6)。当设备或 CP首次与网络建立连接时,
    设备或控制点会寻找 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)服务器,由 DHCP 负责分配向他们分配 IP。如果局域网内没有 DHCP 服务,UPnP 设备将按照 Auto-IP 去获取一个未被使用的 IP 地址。

  2. 发现( Discovery )
    发现是 UPnP 网络工作的第一步。 当一个设备加入到网络中,UPnP 的发现协议允许该设备向网络上的 Control Points(CPs)通知(advise)自己拥有的服务。类似地,当一个控制点加入到网络中的时候,它也能够搜索到网络中存在的、感兴趣的设备。设备主动通知或者被动响应时提供的信息仅包含少量的设备信息,比如,类型、uuid和指向更详细信息的URL。Discovery architecture 如下图所示:

Discovery.png

UPnP 检测协议是基于简单服务发现协议(SSDP,Simple Service Discovery Protocol)的。

按照协议的规定,当一个控制点(CP)接入网络的时候,它可以向一个特定的多播地址的 SSDP 端口( 比如IPv4环境下,多播地址是239.255.255.250,端口号是1900 )使用M-SEARCH方法发送“ssdp:discover”消息。当设备监听到这个保留的多播地址上由控制点发送的消息的时候,设备会分析控制点请求的服务,如果自身提供了控制点请求的服务,设备将通过单播的方式直接响应控制点的请求。类似的,当一个设备接入网络的时候,它应当向一个特定的多播地址的 SSDP 端口使用 NOTIFY 方法发送“ssdp:alive”消息。控制点根据自己的策略,处理监听到的消息。

SSDP 格式套用 HTTP1.1 的部分消息头字段,但是和 HTTP 不同,SSDP是采用UDP传输的,而且SSDP没有 Message Body。
下面说明设备怎样向网络通知或者撤销自己可以提供的服务,CP 是如何搜索设备以及设备是如何回应搜索的。

  • 通知-设备可用
    当一个设备加入网络时,用 NOTIFY 方法发送一个多播请求,并且 NTS 头为 ssdp:alive 。NOTIFY 方法发送的请求没有消息体,但消息与最后一个 HTTP 头之间必须空一行。
    ssdp:alive 消息格式:
ssdp:alive 消息格式.png

NOTIFY 消息必须包含以下四部分:
a. A notification type (e.g., device type), sent in an NT (Notification Type) header field.
b. A composite identifier for the advertisement, sent in a USN (Unique Service Name) header field.
c. A URL for more information about the device (or enclosing device in the case of a service), sent in a LOCATION header field.
d. A duration for which the advertisement is valid, sent in a CACHE-CONTROL header field. (单位:秒)

  • 撤销-设备不可用
    在设备及其服务将要从网络中退出时,设备以多播方式用 NOTIFY 方法发送 ssdp:byebye 消息( 对于每个未超期的ssdp:alive消息 )。但如果设备突然从网络退出,它可能来不及发出这个通知消息。因此,discovery message 必须在CACHE-CONTROL 中包含超时值(如上所述);如果不重新发出通告,discovery message 最后也会因超时而过期的。
    ssdp:byebye 消息格式如下:
ssdp:byebye 消息格式.png
  • 搜索
    当一个控制点加入到网络中时,它应该采用以下格式的 M-SEARCH 方法发送多播请求来搜索自己感兴趣的设备(服务)。如果 CP 已知道设备的IP,也可以类似的格式发送单播去了解详细信息。
搜索.png
  • 响应
    当设备自身能够提供与 CP 发出的多播消息所匹配的服务时,就会以单播形式予以响应,消息格式如下:
响应.png

需要注意的是:设备通过主动多播方式或者是被动地响应 CP 的搜索消息,使得 CP 能够了解到它是否是自己感兴趣的设备。但是如果 CP 对某设备感兴趣,想获取更多信息的话,则需要通过已获得的“指向更详细信息的URL”来发送description query message,从而得到设备详细的描述信息。

  1. 描述( Description )
    在控制点发现了一个设备之后,控制点仍然对设备知之甚少。可能仅仅知道发现消息中的相关信息,如设备(或服务)的UPnP类型、设备的全球唯一标识符和设备UPnP描述的URL地址。为了让控制点更多的了解设备及其功能、或者与设备交互,控制点必须从发现消息中得到设备描述的URL,并通过URL取得详细的设备描述。这些信息是以 XML 的形式返回的。
    设备的UPnP描述一般分成两个逻辑部分:设备描述以及服务描述(描述设备对外暴露的能力)。
  • 设备描述
    UPnP设备描述包括特定厂商、制造商信息,如模块名称和编号、序列号、制造商名称、特定厂商网站 URL 等。对于设备中的每种服务,描述包含服务类型、名称、服务描述URL、控制URL以及事件URL。设备描述还包括所有嵌入式设备描述及presentationURL.

  • 服务描述
    关于服务的UPnP描述定义了 Action 及其参数,还有状态变量及其数据类型、取值范围和事件特征。
    每个服务必须包含 0 或多个Action,每个Action必须包含 0 或多个参数,每个参数要么是输入参数要么是输出参数,每个参数对应一个状态变量,每个服务有 1 或多个状态变量。

XML 格式如下:

Description.png

获取设备描述很简单,CP 向discovery message 里的URL 发一个HTTP GET 请求,设备在HTTP响应的消息体中返回其描述。

  1. 控制( Control )
    拿到 Device description 和 Service descriptions 以后,那 CP 怎么去控制这些设备呢?
    为了控制一个设备,控制点向设备上的服务发出一个 Action 。这一般由控制点向服务的controLURL(在设备描述的服务元素controlURL子元素部分提供)发送一个适当的控制消息。而服务则会对此 Action 做出响应,返回相关结果或错误。

UPnP 的设备控制是基于 SOAP 协议的,SOAP(Simple Object Access Protocol)即简单对象访问协议,是交换数据的一种协议规范,是一种轻量的、简单的、基于XML(标准通用标记语言下的一个子集)的协议,它被设计成在WEB上交换结构化的和固化的信息。在 UPnP 中控制点会向设备的服务发出 Action,并接收结果或错误返回,该动作、结果和错误封装在SOAP中,通过HTTP 请求发送,并通过 HTTP 响应接收。

  1. 事件( Eventing )

控制点可以监听设备的状态,设备的状态或信息发生了变化,只要产生一个事件广播出去,控制点就能接收到并进行响应,类似一般的订阅者模式,发布者是指事件源即设备的服务,订阅者是控制点。
有两种类型的事件:单播事件和多播事件。

  • 单播事件
单播事件架构.png
  • 多播事件
多播事件架构.png
  1. 表示/展示( Presentation )

控制点发现设备并且获取到设备的描述信息后,如果设备有返回 "presentationURL" ,那么,控制点就可以请求(HTTP GET)该 URL,在浏览器中展示出来,用户通过该网页就能控制远端的设备,或查看设备状态等。

Presentation.png

以上UPnP 的工作过程每一个步骤详细可见:http://trinea.github.io/doc/upnp/UPnP-arch-DeviceArchitecture-v1.1.pdf

DLNA 与 UPnP 的关系

具体可参考这篇文章,http://blog.51cto.com/ticktick/1637257

推荐阅读更多精彩内容

  • 我们有一个QQ群 341872661,以及我的个人wx: borishaka,可以拉进微信群讨论相关DLNA难点技...
    7hriller阅读 9,221评论 19 23
  • 我们可以把因特网看成由许多主干网络组成,而这些主干网络由一些国际的、国家的和地区的ISP来运营。主干网通过一些连接...
    Zhang21阅读 1,518评论 0 6
  • 简介 用简单的话来定义tcpdump,就是:dump the traffic on a network,根据使用者...
    保川阅读 4,947评论 1 13
  • 头压着手,白炽灯对抗着床 用脚趾头听窗外的大雨 今年第二个夏天和第二十三个年头 银杏树的叶子从江安飘到崇州 飘进我...
    魚人码头阅读 70评论 0 1
  • 此时你天上飞着 怎样的漫漫长行呢 但这只是远行往复中之一日 漂泊里一次归来 傻瓜 要怎么平距离的海时间的桥 此刻我...
    古月J阅读 109评论 3 11