Remote Framebuffer Protocol (RFB) 詳解

RFC 6143 規范文檔：The Remote Framebuffer Protocol

文章目錄

    • 1. 引言
    • 2. 初始連接流程
      • 2.1 TCP連接建立
      • 2.2 協議版本協商
      • 2.3 安全握手
    • 3. 顯示協議機制
      • 3.1 核心概念
      • 3.2 像素格式
    • 4. 輸入協議
      • 4.1 鍵盤事件(KeyEvent)
      • 4.2 鼠標事件(PointerEvent)
    • 5. 協議消息詳解
      • 5.1 握手消息
      • 5.2 初始化消息
      • 5.3 客戶端→服務器消息
      • 5.4 服務器→客戶端消息
    • 6. 編碼類型
      • 6.1 標準編碼
      • 6.2 偽編碼
      • 6.3 Hextile編碼處理流程
    • 7. 協議工作流程
    • 8. 安全性考慮
      • 8.1 協議原生安全機制
      • 8.2 推薦安全實踐
    • 9. IANA注冊表
      • 9.1 安全類型注冊（部分）
      • 9.2 消息類型范圍
    • 10. 實際應用與優化
      • 10.1 性能優化策略
      • 10.2 現代擴展實現
    • 11. 協議演進歷史
    • 附錄A：RFB協議狀態機
    • 附錄B：協議消息結構圖
      • B.1 FramebufferUpdate 消息結構
      • B.2 Hextile編碼子矩形示例
    • 附錄C：協議數據流示例
      • C.1 典型通信過程
      • C.2 偽編碼應用場景

1. 引言

Remote Framebuffer Protocol (RFB) 是一種輕量級、跨平臺的遠程圖形訪問協議，主要應用于虛擬網絡計算(VNC)系統。其核心設計理念：

  • 與圖形系統解耦：不依賴特定GUI實現（如X11、Windows GDI）
  • 客戶端主導模型：由客戶端主動請求屏幕更新
  • 高效傳輸：支持多種編碼方式和增量更新
  • 強擴展性：通過編碼類型協商適應不同場景
請求更新/發送輸入
發送幀更新
RFB客戶端
RFB服務器

2. 初始連接流程

2.1 TCP連接建立

  • 客戶端連接服務器默認端口：5900（或5900+顯示編號）
  • 使用TCP協議進行可靠傳輸

2.2 協議版本協商

# 服務器發送協議版本
server_send(b"RFB 003.008\n")  # 固定12字節# 客戶端響應支持版本
client_send(b"RFB 003.008\n")  # 取雙方都支持的最高版本

2.3 安全握手

3. 顯示協議機制

3.1 核心概念

  • 幀緩沖區(Framebuffer)：代表屏幕內容的二維像素數組
  • 增量傳輸：僅傳輸變化的矩形區域
  • 編碼協商：客戶端指定支持的編碼列表

3.2 像素格式

struct PixelFormat {uint8 bits_per_pixel;   // 像素深度(8/16/32)uint8 depth;            // 顏色深度uint8 big_endian_flag;  // 字節序(0=小端,1=大端)uint8 true_color_flag;  // 是否真彩色(1=true)uint16 red_max;         // 紅色通道最大值uint16 green_max;       // 綠色通道最大值uint16 blue_max;        // 藍色通道最大值uint8 red_shift;        // 紅色位偏移uint8 green_shift;      // 綠色位偏移uint8 blue_shift;       // 藍色位偏移uint8 padding[3];       // 對齊填充
};

4. 輸入協議

4.1 鍵盤事件(KeyEvent)

struct {uint8 message_type;   // 消息類型 (固定為0x04)uint8 down_flag;      // 按鍵狀態 (1=按下, 0=釋放)uint8 padding[2];     // 填充字節uint32 key;           // 鍵值 (Keysym編碼)
} KeyEvent;[消息類型:1][down:1][padding:2][key:4]
// down=1: 按鍵按下, down=0: 按鍵釋放
// key: X11鍵碼(兼容Windows/Mac)

4.2 鼠標事件(PointerEvent)

struct {uint8 message_type;   // 消息類型 (固定為0x05)uint8 button_mask;    // 按鈕狀態掩碼uint16 x_position;    // X坐標 (0到framebuffer寬度-1)uint16 y_position;    // Y坐標 (0到framebuffer高度-1)
} PointerEvent;[消息類型:1][button-mask:1][x:16][y:16]

按鈕掩碼(button-mask):

位置 掩碼值 (十六進制) 對應按鈕
位0 0x01 左鍵
位1 0x02 中鍵/滾輪按下
位2 0x04 右鍵
位3 0x08 滾輪上滾 (擴展)
位4 0x10 滾輪下滾 (擴展)
位5 0x20 側鍵后退 (擴展)
位6 0x40 側鍵前進 (擴展)

5. 協議消息詳解

5.1 握手消息

消息類型方向結構
ProtocolVersion服務器→客戶端“RFB XXX.YYY\n” (12字節)
Security服務器→客戶端[num-types:1][security-types]
SecurityResult服務器→客戶端[status:4][reason-string]

5.2 初始化消息

消息類型方向結構
ClientInit客戶端→服務器[shared-flag:1] (1=共享連接)
ServerInit服務器→客戶端[width:16][height:16][pixel-format][name]

5.3 客戶端→服務器消息

類型ID消息名稱結構功能說明
0x00SetPixelFormat[消息ID][padding:3][PixelFormat]設置像素格式
0x02SetEncodings[消息ID][padding:1][num-enc:2][encodings]設置支持的編碼類型
0x03FramebufferUpdateRequest[消息ID][incremental:1][x][y][w][h]請求幀緩沖區更新
0x04KeyEvent[消息ID][down][padding][key]發送鍵盤事件
0x05PointerEvent[消息ID][button-mask][x][y]發送鼠標事件
0x06ClientCutText[消息ID][padding:3][length:4][text]發送剪貼板文本

5.4 服務器→客戶端消息

類型ID消息名稱結構功能說明
0x00FramebufferUpdate[消息ID][padding:1][num-rect:2][rects]發送幀更新
0x01SetColorMapEntries[消息ID][padding:1][first-color:2][colors]設置調色板
0x02Bell[消息ID]觸發客戶端響鈴
0x03ServerCutText[消息ID][padding:3][length:4][text]發送服務器剪貼板文本

6. 編碼類型

6.1 標準編碼

編碼ID名稱描述
0Raw原始像素數據，無壓縮
1CopyRect復制屏幕已有區域，僅傳輸源坐標
2RRE行程編碼，適用于大面積純色塊
5Hextile分塊處理(16x16)，每塊可選子編碼
16ZRLEZlib壓縮的行程編碼，最高效的壓縮方式
15TRLE透明行程編碼，支持透明色

6.2 偽編碼

編碼ID名稱描述
-239Cursor傳輸鼠標光標形狀和熱點位置
-223DesktopSize通知客戶端桌面分辨率已改變
-258ExtendedClipboard擴展剪貼板支持(非標準)

6.3 Hextile編碼處理流程

是
否
是
否
矩形區域
分割為16x16圖塊
是否純色?
傳輸背景色
分析子矩形
使用掩碼?
傳輸TileMask+顏色數據
傳輸Raw像素數據

7. 協議工作流程

ClientServerTCP Connect (端口5900)ProtocolVersionProtocolVersion + SecurityTypeChallenge (16字節)DES加密響應SecurityResult (0表示成功)執行對應安全流程alt[安全類型=VNC Auth][其他安全類型]ClientInit (shared-flag)ServerInit (分辨率+像素格式)FramebufferUpdateRequestFramebufferUpdate (使用協商的編碼)alt[屏幕有變化]PointerEvent/KeyEventClientCutTextServerCutTextalt[剪貼板變化]loop[主循環]ClientServer

8. 安全性考慮

8.1 協議原生安全機制

  • VNC認證：使用DES加密挑戰響應（已不安全）
  • 無加密傳輸：像素數據和輸入事件明文傳輸

8.2 推薦安全實踐

  1. SSH隧道加密

    ssh -L 5901:localhost:5900 user@remote-server
vncviewer localhost:5901

  2. 擴展安全類型

    • TLS (安全類型 18)
    • VeNCrypt (安全類型 19)
    • SASL認證

  3. 網絡層防護

    • 防火墻限制訪問IP
    • VPN隧道保護

9. IANA注冊表

RFB協議定義四類IANA注冊表：

9.1 安全類型注冊（部分）

值名稱描述
0Invalid無效類型
1None無認證
2VNC AuthenticationVNC認證
5RA2RSA-AES加密
16TightTightVNC擴展
18TLSTLS加密
19VeNCryptVeNCrypt安全層

9.2 消息類型范圍

方向范圍說明
客戶端→服務器0-127RFC定義的核心消息
客戶端→服務器128-255供應商特定擴展消息
服務器→客戶端0-127RFC定義的核心消息
服務器→客戶端128-255供應商特定擴展消息

10. 實際應用與優化

10.1 性能優化策略

  1. 編碼選擇優先級：

    ZRLE > Hextile > RRE > CopyRect > Raw

  2. 增量更新頻率：

    • 靜態內容：降低請求頻率
    • 動態內容：增加請求頻率

  3. 帶寬自適應：

    • 高帶寬：高質量無損壓縮
    • 低帶寬：降低顏色深度/分辨率

10.2 現代擴展實現

特性實現方式支持實現
文件傳輸自定義消息類型(0x80+)TightVNC, UltraVNC
多顯示器支持Xinerama擴展TigerVNC, RealVNC
視頻流優化H.264編碼擴展TurboVNC
觸摸屏支持擴展PointerEventMobileVNC

11. 協議演進歷史

版本發布時間主要改進
3.31998初始公開版本
3.72003安全類型列表協商
3.82011RFC 6143標準化，偽編碼，IANA注冊
3.9+非標準供應商擴展(文件傳輸、加密改進等)

最新實現參考：

  • TigerVNC
  • LibVNC
  • RealVNC

附錄A：RFB協議狀態機

TCP連接成功
版本協商成功
需要認證
認證成功
無認證
認證失敗
初始化完成
連接關閉
Disconnected
VersionExchange
SecurityHandshake
Authentication
Initialization
Running
收到更新請求
發送更新完成
收到輸入事件
處理完成
WaitRequest
SendUpdate
ProcessInput

附錄B：協議消息結構圖

B.1 FramebufferUpdate 消息結構

 0                   1                   2                   30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|    msg-type   |   padding    |         num-rectangles        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                          rectangle 1                         |
|                           (variable)                         |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                          rectangle ...                       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

每個矩形區域結構：

 0                   1                   2                   30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                             x-pos                            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                             y-pos                            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                            width                             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                           height                             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|          encoding-type       |           pixel-data          |
|                              |         (variable)            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

B.2 Hextile編碼子矩形示例

16x16圖塊
背景色: 0xFFFFFF
子矩形1: 顏色=0x0000FF, x=2,y=2,w=4,h=4
子矩形2: 顏色=0xFF0000, x=10,y=8,w=4,h=6

附錄C：協議數據流示例

C.1 典型通信過程

Client: 連接TCP端口5900
Server: "RFB 003.008\n"
Client: "RFB 003.008\n"
Server: [0x01 0x02] (支持None和VNC認證)
Client: 選擇0x02 (VNC認證)
Server: [16字節隨機數]
Client: [DES加密的響應]
Server: [0x00000000] (認證成功)
Client: [0x01] (共享連接)
Server: [1280x720][PixelFormat]["My Desktop"]
Client: [SetPixelFormat][SetEncodings]
Client: [FramebufferUpdateRequest]
Server: [FramebufferUpdate (ZRLE編碼)]
Client: [PointerEvent (移動鼠標)]
... (持續交互)

C.2 偽編碼應用場景

ClientServer用戶改變分辨率FramebufferUpdate[DesktopSize偽編碼][新分辨率:1920x1080]調整本地窗口大小FramebufferUpdateRequest(全屏)ClientServer

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