（通信与信息系统专业论文）多媒体协同通信sip终端的研究和实现.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学通信与信息系统 研究方向：i p 与宽带网络技术 作者：2 0 0 3 级研究生吴新龙指导教师鏖正堡 题目：多媒体协同通信s i p 终端的研究和实现 英文题目：as t u d yo ns i pt e r m i n a la n di t si m p l e m e n t a t i o nf o r m u l t i m e d i ac o l l a b o r a t i v ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m 主题词：协同通信 s i pi p p b x多媒体终端 k e y w o r d s ： c o l l a b o r a t i v ec o m m u n i c a t i o ns i p i p p b x m u l t i m e d i at e r m i n a l 南京邮电大学学位论文独创性声明 8 5 0 7 5 7 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：单日期：趔、一 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：龈导师签名： 日期：k “c p 、t ) 南京邮电大学硕士学位论文摘要 摘要 近年来，随着数据、多媒体业务的需求与日俱增，越来越多的企业希望可以通过企业 网实现“多媒体办公”、“无纸化办公”，传统的办公自动化系统已经不能满足企业的这一 类需求。本文探讨的多媒体协同通信系统正是要通过丰富的多媒体数据通信功能帮助企业 实现真正的协同办公，提高企业的办公效率。 论文基于笔者参与“i p p b x 系统”项目二期工程的研究开发成果和心得，参照i t u t 、 i e t f 等组织制定的标准规范和建议草案，对多媒体协同通信系统s i p 终端软件原理和技 术实现进行深入的研究和探讨。 论文首先概述多媒体协同通信技术及其主要特点，包括多媒体协同通信的现状及其发 展前景。然后简要介绍已有的i p p b x 系统，着重阐述了s i p s d p 、s t u n 等通信协议在多 媒体s i p 终端中的应用。接着详尽介绍了电子白板通信、即时消息、文件传输等多媒体协 同通信系统的主要功能，深入分析了基于s i p 协议的电子白板、文件传送、即时消息功能 的实现原理。此外，论文还从终端角度对n a t 穿越技术进行了深入探讨，给出了各种业务 穿越n a t 的解决方案，并对其性能进行了详细分析。论文最后提出了多媒体协同通信s i p 终端系统的系统和功能结构，给出了上述各种功能在终端中的软件实现设计。 论文作者所开发的多媒体协同通信s i p 终端系统已在台湾冠宇公司i p p b x 系统中使 用，运行性能良好。 南京邮电大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gd e m a n do fd a t aa n dm u l t i m e d i as e r v i c e sr e c e n ty e a r s ，m o r ea n dm o r e e n t e r p r i s e se x p e c tt or e a l i z et h es o - c a l l e d m u l t i m e d i ao f f i c e a n d p a p e r - f r e eo f f i c e ”w h i l e t h ee x i s t i n go as y s t e mc a nn o tm e e tt h er e q u i r e m e n t s t h em u l t i m e d i ac o l l a b o r a t i v e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ( m c c s ) e x p l o r e di nt h ed i s s e r t a t i o na i m sa t h e l p i n ge n t e r p r i s e s i m p l e m e n tt h er e a lc o o p e r a t i v ew o r k i n ga n di m p r o v et h ee f f i c i e n c yw i t hi t sa b u n d a n tm u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o ns e r v i c e s t h ed i s s e r t a t i o ns m n m a r i z e st h ea u t h o r sr e s e a r c ha c h i e v e m e n t sa n de x p e r i e n c e sg a i n e di n t h er & dp r o j e c to f i p - p b x i is y s t e m t a k i n gr e f e r e n c eo f t h es p e c i f i c a t i o n sa n dd r a f t so f i t u - t a n di e t f , i tg i v e sa ni n - d e p t hs t u d yo na n dd e t a i l e da n a l y s i so ft h es o f t w a r ep r i n c i p l ea n d t e c h n i c a li m p l e m e n t a t i o no f t h em u l t i m e d i ac o l l a b o r a t i v ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m f i r s to fa l l ，t h ed i s s e r t a t i o nb d e f l yd e s c r i b e st h ec h a r a c t e r i s t i c s ，t h es t a t e - o f - t h e a na n dt h e p r o s p e c t so f t h em u l t i m e d i ac o l l a b o r a t i v ec o m m u n i c a t i o n t h e nt h ep a p e ri n t r o d u c e st h ei p - p b x s y s t e m f o c u s i n go ns i p s d pa n ds t u np r o t o c o l su s e di nm u l t i m e d i at e r m i n a l s d e t a i l e d d i s c u s s i o ni sd e v o t e dt ot h ek e yc o m p o n e n t so ft h em u l t i m e d i ac o i l a b o m t i v ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m ，i n c l u d i n ge l e c t r o n i cw h i t eb o a r d ，i n s t a n tm e s s a g i n g ，a n df i l e 打a n s f e r ，t o g e t h e rw i t ha l l i n - d e p t hs t u d yo ft h e i ri m p l e m e n t a t i o np r i n c i p l e sb a s e do ns i pp r o t o c 0 1 f u r t h e r m o r e ，t h e d i s s e r t a t i o ns t a t e st h en a tt r a v e r s a lp r o b l e mf r o mt h et e r m i n a l sp o i n to fv i e wa n di n t r o d u c e s t y p i c a ls o l u t i o n sw i t had e t a i l e da n a l y s i so ft h e i rp e r f o r m a n c e f i n a l l y ，t h ed i s s e r t a t i o np r o v i d e s t h ef u n c t i o n a la r c h i t e c t u r eo f t h em c c sa n dt h es o f t w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n t h ed e v e l o p e ds i pt e r m i n a lw o r k sw e l lw i t h i nt h ei p p b x i is y s t e mw i t h s a t i s f a c t o r y p e r f o r m a n c e 南京邮电尢学硕士学位论文第一章引言 第一章引言 1 1 多媒体协同通信发展背景 i n t e m e t 的发展和普及极大地推动了i p 多媒体通信技术的发展，v o l p 、视频会议等得 n - f 越来越广泛的应用。众多通信软件开发商开发了基于i p 网络的即时通信软件，这些软 件给用户带来了更加方便、直观的交流感受。众多企业、政府部门也部署了自己的i p 网络， 利用多媒体通信技术加强员工间的交流和协作，由此提升了管理水平，降低了管理成本 提高了办公效率。目前市场上的即时通信软件主要提供语音、视频通信服务，这些已经渐 渐不能满足用户的需求，尤其对企业用户而言，简单的语音、视频通信对于企业员工交流、 协作起到的作用十分有限。 多媒体协同通信是一种融合数据、语音和视频的全新概念的通信模式，它包含实时交 谈、视频通信、电子白板通信、即时消息、文件传送、协同操作等多种功能。协同通信强 调实时性、协同l 生，通信过程中会话各方可灵活地使用多种方式进行实时、准确地交流， 在信息共享的基础上进行协作，这对企业员工协同开发项目、工程管理等尤为重要。 1 2i p p b x 系统 采用电路交换技术的传统p b x 不但价格昂贵，而且不支持新兴的c t i ( 计算机与电话 集成) 和v o i p 业务。近年来，随着i n t e m e t 的发展和i p 技术的成功应用，基于i p 技术的 i p p b x 应运而生，将从根本上更新p b x 的功能。 i p p b x 系统支持计算机通信和电话通信的融合。系统终端采用i p 方式进行通信，不 仅能进行电话通信，还能进行文本、数据和图像通信，将内部电话网和计算机网综台成一 个整体特别在协作商务、电子办公中将会充分发挥其强大的资源优势，为商务合作、工 作重组带来便捷。不同地区的i p p b x 间通过i p 网络还可实现廉价的远距离通信和办公。 1 3 本人所做的工作 在导师的指导下笔者从2 0 0 4 年3 月开始参加了基于s i p 协议的i p p b x 二期系统的 研发项目。负责在一期系统s i p 电话的基础上，设计和实现具有视频、电子白板、即时消 息等多种功能的s i p 多媒体通信终端，该终端还支持s i p 信令和媒体数据的n a t 穿越。 息等多种功能的s i p 多媒体通信终端，该终端还支持s i p 信令和媒体数据的n a t 穿越。 南京邮电大学硕士学位论文 第一章 引言 第一章引言 1 1 多媒体协同通信发展背景 i n t e m e t 的发展和普及极大地推动了i p 多媒体通信技术的发展，v o l p 、视频会议等得 到了越来越广泛的应用。众多通信软件开发商开发了基于i p 网络的即时通信软件，这些软 件给用户带来了更加方便、直观的交流感受。众多企业、政府部门也部署了自己的i p 网络， 利用多媒体通信技术加强员工间的交流和协作，由此提升了管理水平。降低了管理成本， 提高了办公效率。目前市场上的即时通信软件主要提供语音、视频通信服务，这些已经渐 渐不能满足用户的需求，尤其对企业用户而言，简单的语音、视频通信对于企业员工交流、 协作起到的作用十分有限。 多媒体协同通信是一种融合数据、语音和视频的全新概念的通信模式，它包含实时交 谈、视频通信、电子白板通信、即时消息、文件传送、协同操作等多种功能。协同通信强 调实时性、协同性，通信过程中会话各方可灵活地使用多种方式进行实时、准确地交流， 在信息共享的基础上进行协作，这对企业员工协同开发项目、工程管理等尤为重要。 1 2i p p b x 系统 采用电路交换技术的传统p b x 不但价格昂贵，而且不支持新兴的c t i ( 计算机与电话 集成) 和v o l p 业务。近年来，随着i n t e m e t 的发展和i p 技术的成功应用，基于i p 技术的 i p p b x 应运而生，将从根本上更新p b x 的功能。 i p p b x 系统支持计算机通信和电话通信的融合。系统终端采用i p 方式进行通信，不 仅能进行电话通信，还能进行文本、数据和图像通信，将内部电话网和计算机网综合成一 个整体，特别在协作商务、电子办公中将会充分发挥其强大的资源优势，为商务合作、工 作重组带来便捷。不同地区的i p p b x 间通过i p 网络还可实现廉价的远距离通信和办公。 1 3 本人所做的工作 在导师的指导下，笔者从2 0 0 4 年3 月开始参加了基于s i p 协议的i p p b x 二期系统的 研发项目。负责在一期系统s i p 电话的基础上，设计和实现具有视频、电子白板、即时消 息等多种功能的s i p 多媒体通信终端，该终端还支持s i p 信令和媒体数据的n a t 穿越。 堕室鲤皇查堂堡圭兰垡堡苎 苎二皇! ! 童 s i p 终端的功能分为两个部分。其一，完成s i p 信令的交互，以在用户间建立媒体数据 通道。其二，完成各种媒体数据的收发，对媒体数据进行处理( 如音、视频信号编解码) ， 维护本地操作界面等。 笔者与项目组的其他同学一起，在i p p b x 一期系统构建的平台上，增加了点对点多媒 体通信功能以及音视频多方会议功能，并实现了s i p 信令和媒体数据的n a t 穿越，使得功 能扩展后的二期系统可以跨越广域网使用。经过认真细致的联调和测试，整个系统工作稳 定、界面友好、易于操作。 根据项目开发的心得，笔者和合作者共同撰写了研究论文端到端通信中t c p 穿越 n a t 的解决方案，探讨了在不借助中转服务器、不改造n a t 设备的前提下，实现t c p 数据穿越n a t 的方法。 本论文根据笔者的研究心得和参与项目开发的实际经验，参照i t u t 、i e t f 制定的相 关建议和文件，围绕s i p 多媒体终端的开发实现进行深入、细致的讨论，并提出了进一步 完善发展的一些建议和设想。 南京邮电大学硕士学位论文 第二章i p p b x 系统 2 1i p p b x 系统概述 2 1 1i p p b x 系统结构 第二章i p p b x 系统 i p p b x 系统结构如图2 - 1 所示。 图2 1i p - p b x 系统结构 系统包含的主要部件为： n i p x ：带有i p 接口的高性能p b x 。用于终接普通模拟话机和p s t n 中继线。 c s ( c a l ls e r v e r ，呼叫服务器) ：i p - p b x 系统的控制中心，负责i p p b x 系统的呼叫 建立、呼叫管理和增值业务控制，支持传统p b x 的所有功能。 s i pp h o n e ( p c 软电话) ：在p c 机上实现的基于s i p 协议的i p 电话机。 专用s i p 电话：成品s i p 话机，可无缝接入本系统，目前测试所用话机为c i s c o 公司所产s i p 话机。 m s ( m e d i as e r v e r 媒体服务器) ：提供i v r ( i n t e r a c t i v ev o i c er e s p o n s e 交互式语音 应答) 、语音信箱( v o i c e m a i l ) 及会议的媒体功能。会议的控制功能和媒体功能分 离，媒体服务器不负责会议逻辑，仅仅执行来自会议控制服务器的命令( h 2 4 8 ) ， 完成媒体流的混合、变换和分发。 c c s ( c o n f e r e n c ec o n t r o ls e r v e r ，会议控制服务器) ：提供会议控制管理功能，执行 会议逻辑。 南京邮电大学硕士学位论文 第二章i p - p b x 系统 r s ( r e g i s t e rs e r v e r ，登录服务器) ：提供分机登录、用户信息查询等功能。 c o n f ( c o n f i g u r a t i o ns e r v e r ，配置服务器) ：负责系统和用户数据的配置、登记和 修改。 n s m s ( n e t & s e r v i c em a n a g e rs e r v e r ，网络和业务管理服务器) ：负责整个i p p b x 系统的网络和业务质量监控，相当于s n m p 管理站。 i p g w ( i p 网关) ：i p - p b x 系统与公用数据网之间的v o i p 网关接口。 2 1 2i p p b x 系统组网结构 图2 2 示出一个多网点i p p b x 系统。 每个网点( s i t e ) 位于一个局部区域，采用统一的内部私有地址编号，可由路由器接 入i p 域或者由n i p x 建立到p s t n 的t d m 中继通道。 如图2 3 所示，可以通过配置相关数据，将多个网点互联，形成一个多地域的、统一 管理的、可漫游的i p 通信系统。 图2 - 2 多网点i p p b x 系统 在多网点的i p p b x 系统中，各网点统一部署内部私有i p 地址。在一个网点中，我们 采用多呼叫服务器来对呼叫服务器进行安全可靠性冗余备份和话务负荷分担。最低配置为 一个主服务器配一个备用服务器，因此，一个网点的最小配置是2 个呼叫服务器。一个呼 叫服务器可以同时对多个s i p 话机、多个n i p x 交换机、会议控制服务器( c c s ) 或媒体服 务器( m s ) 提供业务控制。 南京邮电大学硕士学位论文 第二章i p p b x 系统 w a n m a n v p n 图2 - 3 多网点i p 电话系统 s i p 终端、n i p x 、c c s 和m s 都可以配置多个呼叫服务器，构成主各用服务链，当默 认的呼叫服务器不能提供服务时，选择备用的呼叫服务器提供服务。 呼叫服务器接收的分机数据( 登录和去登录) 以及用户的各项属性数据都送到r s 中 进行存储，因此，除了用户呼叫进程的控制数据由自己管理外，其它的用户信息呼叫服务 器都可以从r s 获得。这保证了任何一个呼叫服务器发生故障都不会影响其它呼叫服务器 的工作。 r s 收集呼叫服务器报告的用户信息( 如用户的登录信息、用户的漫游信息等) 以及配 置服务器下载的用户属性数据的变动，并动态刷新各呼叫服务器的记录。r s 也采用了双机 备份方式以提高系统可靠性。 2 1 3i p p b x 系统功能 本i p p b x 系统具有如下功能： 点对点语音呼叫及其增值业务，如三方通话、呼叫转交、呼叫等待等 点对点视频通信 语音信箱：语音提示；密码验证：存储、检索、播放、删除；定时超时处理 点对点电子白板通信 点对点发送即时消息 点对点传送文件 南京邮电大学硕士学位论文第二章i p - p b x 系统 多方语音、视频会议 s i p 终端 s i p 终端是一个具有智能的i p 终端，在本系统中除具有普通话机的功能外，还有以下 功能： 自动登记、漫游 多模式呼叫( 用户号码、用户名；自动代理呼叫) 支持音通信的增值业务如呼叫前转、呼叫转交、三方通话 支持多方语音、视频会议 主叫号码显示 电话簿、通话记录簿 特色铃声 通话录音 启动视频、电子白板、即时消息、文件传送等本地操作界面 媒体调度：在会话过程中根据需要请求增加、减少或更改会话媒体 2 2i p p b x 系统相关协议 在i p p b x 系统中，对于呼叫服务器来说，s i p 终端、n i p x 地位相同，都属于终端设 备，通过s i p 协议进行信令交互：另外，为了实现n a t 穿越功能，需在公网上建一穿越服 务器，s i p 终端与穿越服务器之间通过s t u n 协议完成n a t 穿越功能； 下面简要介绍多媒体s i p 终端涉及到的两种协议：s i p 、s t u n 。 2 2 1s i p 协议 s i p 是由i e t f 制定的用于在不同网络基础架构问建立实时i p 连接的网络协议，会话 由两个或多个智能终端间端到端的连接组成。采用基于文本的s i p 协议可以方便地在i p 网 络上实现双方或多方多媒体会话的建立和释放，同时配合会话描述协议( s d p - - s e s s i o n d e s c r i p t i o np r o t o c 0 1 ) 可以对会话属性和媒体属性进行设定和动态修改。由于s i p 协议具有 简单高效、灵活方便和易于扩充等特点，它已被业界选定为n o n 的核心控制协议。 s i p 是应用层控制协议，用于建立、修改和终结多媒体会话。s i p 采用客户服务器( c s ) 模式，协议消息分为两类：请求和响应。其中，请求消息从客户端发到服务器，包含请求 6 堕塞! ! ! ! ! 皇查兰竺：! 兰竺丝兰苎三皇! ! ! 坠墨箜 行、头部、消息体三个元素：响应消息从服务器发到客户端，包含状态行、头部和消息体 三个元素。协议消息的目的是建立或终结会话，该会话可以是i n t e m e t 多媒体会议、i n t e m e t 电话呼叫或多媒体信息流分配。 s i p 是通过“邀请( i n v i t e ) ”的方法来建立会话的。由同一个源邀请的一个会议的 所有参加者构成一个呼叫，s i p 呼叫由一个全局唯一的呼叫标识( c a l l i d ) 予以标识。 点到点i p 电话是一种最简单的会话，它映射为单一的s i p 呼叫。 正因为“邀请( i n v i t e ) ”是s i p 协议的核心机制，因此s i p 请求消息最重要的一个 操作就是“邀请( i n v i t e ) ”。发出i n v i t e 请求后，终接用户或网络应回送响应。在s i p 中，响应分为两类：一类是中间响应，报告呼叫进展情况，如正在“正在振铃( 1 8 0 ) ”等； 另一类为最终响应，包括成功响应和异常失败响应。客户和服务器之间的操作从第一个请 求至最终响应为止的所有消息构成一个s i p 事务。一个正常呼叫一般包括三个事务，即三 个请求：启动呼叫的邀请( i n v i t e ) 请求、证实( a c k ) 请求以及终止呼叫的再见( b y e ) 请求。其中证实请求只是证实已收到最终响应，不需要服务器回送响应。 为了能够正确传送协议消息，s i p 还需解决两个重要的问题。一个是寻址，即采用什 么样的地址形式表示终端用户；二是用户定位。s i p 沿用w w w 技术解决这两个问题。寻 址采用s i pu r l ，按照r f c 2 3 9 6 规定的u r i 导则定义其语法，特别是用户名字段可以是 e 1 6 4 地址，以支持i p 电话网关寻址，实现i p 域和p s t n 的互通。用户定位基于登记和 d n s 机制。s i p 用户终端上电后即向登记服务器( r e g i s t r a r ) 登记，s i p 专门为此定义了一 个“登记( r e g i s t e r ) ”请求消息，并规定了登记操作过程。登记服务器通常和代理服务 器或重定向服务器位于一起，登记信息进入i p 网络公共的定位服务器，s i p 服务器可通过 适当的协议如l d a p 、数据库远程调用操作访问该服务器，确定用户的位置。登记服务器 本身也能提供一定的定位服务。 根据以上功能要求，s i p 协议定义了6 个基本的请求消息和6 类响应消息，每个s i p 消息的格式均相同。 6 个请求消息分别是：i n v i t e ( 发起呼叫) 、b y e ( 终止呼叫) 、o p t i o n s ( 选择) 、 a c k ( 证实) 、r e g i s t e r ( 注册) 、c a n c e l ( 取消) 。其中，i n v i t e 用来邀请其他用户 加入会话：a c k 用于证实客户机已收到关于i n v i t e 请求的最终响应，该消息仅和i n v i t e 配套使用：b y e 消息用于指示释放呼叫：c a n c e l 消息用于取消一个尚未完成的请求： 0 p t l 0 n s 消息用于询问服务器的能力，包括用户的忙闲状态信息：r e g i s t e r 则用于客 户程序启动时向登记服务器登记。 s i p 的响应消息共分为6 类，表示为3 位整数，其第一位数字指示响应类别，后两位 7 南京邮电大学硕士学位论文 第二章i p p b x 系统 数字表示该类中的具体响应。在本文中，1 0 0 - 1 9 9 的响应统称为1 x x 响应，2 6 x x 响应的 含义依此类推。其中： 1 x x ：临时响应，即呼叫进展响应。表示正在处理该请求。 2 x x ：成功响应，表示请求已成功接收，完全理解并被接受。 3 x x ：重定向响应，表示需采取进一步动作，以完成该请求。 4 ) d ( ：客户端出错。表示请求语法出错或无法在服务器端完成该请求。 5 x x ：服务器出错。表示服务器不能完成合法的请求。 6 x x ：全局失败。表示任何服务器都无法完成此请求。 其中1 x x 响应为中间响应，主要用于报告用户收到邀请、忙闲、振铃等呼叫进展情况； 其它为最终响应，用于报告成功或异常失败等。 s i p 协议定义的只是呼叫( 会话) 建立、终结和修改的信息，并不涉及媒体控制。媒 体类型、编码格式、收发地址等信息由s d p 协议传送，并作为s i p 消息的消息体( b o d y ) 和其头部一起传送。s i p 响应消息的消息体还包括指示呼叫进展和失败原因的文本信息。 s i p 协议可以采用不同的传送层协议，如u d p ，t c p 或者s c t p 。如果采用u d p 传 送，要求响应消息沿请求消息发送的同样路径回送，以支持中间服务器对呼叫的监视和状 态控制。对于经多播u d p 发送的请求，其响应消息应送往同一个多播地址和目的端口。 如果采用t c p 传送，则同一事务的请求和响应需在同一个t c p 连接上传送。同一客户至 同一服务器的若干事务请求可用同一t c p 连接，也可用不同的t c p 连接。s i p 消息格式及 操作过程和传送协议无关。 s i p 支持与其他呼叫建立和信令协议的互通，它可以通过所用的地址确定合适的s i p 端系统及其使用的协议。例如，可由s i p 确定呼叫方能经h 3 2 3 或p s t n 抵达，并给出相 应的网关地址，然后由h 2 2 5 或i s u p 建立至终结用户的呼叫。 根据上述分析，s i p 主要支持以下5 个方面的功能： 用户定位：确定通信所用的端系统位置。 用户能力交换：确定所用的媒体类型和媒体参数。 用户可用性判定：确定被叫方是否空闲和是否愿意加入通信。 呼叫建立：邀请和提示被叫，在主被叫之间传递呼叫参数。 南京邮电大学硕士学位论文 第二章i p p b x 系统 呼叫处理：包括呼叫终结和呼叫转交( t r a n s f e r ) 等。 s i p 只是作为整个i e t f 多媒体数据和控制结构的一部分，和其他i e t f 的协议一起构 建一个完整的的多媒体业务提供系统。例如通过r t p 协议来传输音频、视频数据；通过 r a d i u s 来实现用户鉴权：使用s d p 协议进行媒体能力协商等。 s i p 协议应和这些协议配合，向用户提供完整的服务。但，s i p 协议的功能和操作不依赖于 上述任何协议。另外，s i p 协议还包含安全机制，如防止d o s 攻击，鉴权( 端用户之间， 服务器到用户之间) 机制，完整性保护和消息加密等。 2 2 2 会话描述协议s d p s i p 消息体中传送的最重要的信息就是由s d p 协议描述的媒体控制信息，供终端协商 并建立媒体信道。因此，一般常记会话控制协议为s i p s d p ，通过这两个协议的绑定使用， 通常只需要往返三个消息就能完成呼叫和媒体控制信令过程。 1 ) s d p 协议功能概述 s d p 旨在描述网络多媒体会话，为用户加入会话提供足够的媒体信息如类型、编码格 式等。它仅仅定义了媒体描述的格式，在应用时s d p 描述作为相应消息的消息体携带于s i p 、 s a p ( 会话告协议) 、r t s p ( 实时流播协议) 或s m t p ( 简单邮件传输协议) 等协议中，并无 自身的传送机制和控制过程。 在s d p 中，一个多媒体会话由发送者、接收者以及从发送者到接收者的数据流( 可 能包含多个媒体流) 组成。s d p 虽然简单，却涵盖了多媒体会话的各种媒体信息，分为会 话级描述和媒体级描述。前者适用于会话中的所有媒体，后者只对某个媒体流有效。s d p 描述有两个目的：一是告知某会话的存在；二是给出参与该会话所必需的信息。 2 ) s d p 协议的一般格式 s d p 会话描述完全是文本形式，采用u t f 8 编码的i s o1 0 6 4 6 字符集。之所以采用文 本形式而不采用诸如a s n 1 的二进制编码方式，是为了提高描述的可携带性，使其可以用 各种传送协议传递，并可用各种文本工具软件生成和处理会话描述。为了减少描述所用的 丌销，便于差错检测，s d p 采用了紧凑型编码，并且严格规定了各字段的顺序和格式。s d p 会话描述由许多文本行组成，每个文本行的格式均为： ( t y p e ) = ( v a l u e ) 其中，( t y p e ) 恒为单个字符，需区分大小写。( v a l u e ) 为结构化文本串，其格式取决 9 查塞些皇查兰堡：兰兰竺丝塞 塑三! ! ! ：! 壁茎墨竺 于( t y p e ) ，也需区分大小写。一般由多个字符组成，各字段由一个空格符分隔，也可以是 一个自由格式的文本串。“= ”符号两侧不允许有空格。 会话描述包括两个部分： ( 1 ) 会话级描述部分给出适用于整个会话和所有媒体流的描述信息，它以“v = ”文 本行开始。 ( 2 ) 媒体级描述部分给出只适用于该媒体流的信息，它以“m = ”文本行开始。一个 会话描述可包含零个或多个媒体级描述。如果在媒体级描述中没有重新定义， 会话级描述给定的值就是所有媒体的缺省值。 s d p 定义的类型( t y p e ) 字母很少，如果s d p 语法分析器不能识别描述符中的某一类 型字母，则应将整个描述丢弃。属性机制( “a - ”行) 供s d p 扩展其应用或媒体范围，可 根据应用，媒体或会话的需要增加属性值。如果接收方不理解某属性值，则予以丢弃。 3 ) s d p 会话级描述格式 下面依次说明s d p 会话级描述中几个重要的文本行的格式和意义： ( 1 ) 协议版本 格式：v = 0 意义：给出s d p 的版本号，目前为0 版本，无子版本号。 ( 2 ) 会话源 格式：o = ( 用户名) ( 会话标识) ( 版本) ( 网络类型) ( 地址类型) ( 地址) 意义：给出会话的发起者( 其用户名和用户主机地址) 以及会话标识和会话版本号。 其中，用户名是用户在发起主机上的登录名，如果主机不支持用户标识的概念，则该字段 标记为“一”。会话标识为一数字串，使得多元组( 用户名、会话标识、网络类型、地址类 型、地址) 构成会话的全球唯一的标识符。会话标识的分配由创建工具决定，建议采用网 络时间协议( n t p ) 时戳，以确保唯一性。版本号指的是该会话公告的版本。网络类型为 文本串，目前规定“i n ”表示i n t e m e t 。地址类型也是文本串，目前己定义的有“i p 4 ”和 “i p 6 ”两种。地址为创建会话的主机的全球唯一地址。 ( 3 ) 连接数据 格式：c = ( 网络类型) ( 地址类型) ( 连接地址) 意义：给出连接数据。每个媒体描述必须包含一个“c = ”字段，或者在会话级描述中 包含一个公共的“c = ”字段。网络类型和地址类型目前的定义值仅限于i n 和i p 4 。连接地 址可为多播组地址或单播地址。 ( 4 ) 属性 1 0 堕塞些皇查兰堡兰兰堡笙苎笺= 里! 呈：呈兰墨竺 格式：a _ ( 属性) 或a _ ( 属性) ：( 值) 意义：属性是s d p 扩展的基本手段。可以定义为会话级属性或媒体级属性。有两种形 式的属性： a _ ( f l a g ) ，为特性属性。它们为二进制属性，表示会话具有该性质。如：a = r c c v o n l y 表示是“只收”特性。 a _ ( 属性) ：( 值) ，为数值属性。 4 ) s d p 媒体级描述格式 媒体级描述需要说明的主要是“m = ”描述行，其格式为： m = ( 媒体类型) ( 端口) ( 传送层) ( 格式列表 各子字段的格式和含义如下： ( 1 ) 媒体类型：目前定义了5 种媒体类型，包括音频、视频、应用、数据和控制。 ( 2 ) 端口：指明媒体流发往的传送层端口，其含义取决于“c = ”行规定的网络类型 和“m = ”行第3 子字段定义的传送层协议。 ( 3 ) 传送层协议：其值和“c = ”行中的地址类型有关。对于i p 4 来说，大多数媒体 业务流都在r t p u d p 上传送，已定义如下两种协议： r t p a v p ：i e t fr t p 协议，音频视频应用文档，在u d p 上传送。 u d p ：u d p 协议。 ( 4 ) 媒体格式：对于音频和视频来说，就是r t p 音频视频应用文档中定义的媒体 净荷类型。例如，对于a 律p c m 编码单信道音频信号，其在r t p 音频视频应用文档中的 静态净荷类型号为8 ，该信号发往u d p 端口4 9 2 3 2 的描述格式为： m = a u d i o4 9 2 3 2 飞a p l n p 龟 一般来说，一个会话描述可包含多个媒体描述，每个媒体描述均以“m = ”描述行开始。 5 ) s d p 协议的使用 在i p p b x 系统中，s d p 用于构成s i p 请求消息和2 x x 响应消息的消息体，供主被叫 用户交换关于呼叫媒体的信息。通过对s d p 会话描述中媒体行和属性行的配置，可以实现 媒体流单播、多播等操作。在某些情况下，例如主叫实际上是一个和其他域互通的网关， 需要在呼叫建立之后才能进行媒体格式协商，此时，主叫发出的i n v i t e 请求中的会话描 述可以不含媒体描述行。被叫应解释为：主叫想参加会话描述说明的多媒体会话但是媒 体流还未知，被叫应回送会话描述，指明它愿意支持的媒体流和格式。一旦协商完成后， 主叫可通过a c k 请求或重新发送一个i n v i t e 请求修改被叫的会话描述。 南京邮电大学硕士学位论文 第二章i p p b x 系统 2 2 3s t u n 协议 本文所述的i p p b x 系统解决了s i p 信令和媒体数据穿越n a t 的问题。其中使用u d p 协议传送的语音、视频数据对n a t 的穿越使用了s t u n 协议。s t u n 协议的全称是“u d p 穿越n a t 的简单方法”( s i m p l e t r a v e r s a lo f u d p t h r o u g h n e t w o r k a d d r e s s t r a n s l a t o r s ) ，在 2 0 0 3 年3 月成为i e t f 正式的r f c ，编号3 4 8 9 。s t u n 协议是目前解决多媒体通信中u d p 数据穿越n a t 问题的方法中最为简单和常用的一种。使用s n j n 协议穿越n a t 最大的优 点是不需要对n a t 设备进行任何改动。由于实际网络中已有大量n a t 设备存在，而且多 数不支持v o i p 应用，改造或替换这些设备都是很困难的。因此，对于企业网多媒体通信 应用提供商来说，s t u n 协议是首选方案。 在r f c 3 4 8 9 中，将n a t n a p t 划分为全锥型( f u l lc o n e ) 、受限锥型( r e s t r i c t e dc o n e ) 、 端口受限锥型( p o r t r e s t r i c t e d c o n e ) 和对称型( s y m m e t r i c ) 4 种类型。s t u n 协议的局限性 在于它不支持对称型n a t 的穿越，而且需要客户端应用程序的支持。对于从外网到内网的 t c p 穿越，也需要另行考虑。 s t u n 协议基于以下思路来解决n a t 穿越问题：私网用户通过某种机制预先得到其内部 地址经n a t 变换后对应的外部地址，然后在报文净荷的地址字段中直接填写此外部地址， 而不是用户原有的内部私有i p 地址，这样报文净荷中的内容在经过n a t 时就无需被修改 了，只需按普通n a t 流程转换报文头的i p 地址即可，净荷中的i p 地址信息和报文头部地 址信息是一致的。 s t u n 协议是一个典型的c s ( 客户机服务器) 协议。它要求在公网上架设一个s t u n 服务器，在内网终端上安装s t u n 客户程序。内网终端上的s t u n 客户程序向公网上的的 s t u n 服务器通过u d p 发送请求s t u n 消息，服务器收到请求消息后，回送响应消息， 响应消息中携带请求消息的源端口，即s t u n 客户端在n a t 上对应的外部端口。然后响 应消息通过n a t 设备发送给内网的客户端，客户端通过响应消息体中的内容得知其在n a t 上对应的外部地址，并且将其填入以后呼叫协议的u d p 净荷中，告知对端，本端的媒体 数据接收地址和端口号为经n a t 映射后的地址和端口号。由于通过s t u n 协议已在n a t 上预先建立媒体流的n a t 映射表项，故而媒体数据可顺利穿越n a t 。 由于s t u n 不能用于对称式n a t ，s t u n 协议还定义了内网终端自动测试n a t 类型的 方法。 南京邮电大学硕士学位论文第二章i p - p b x 系统 2 3i p p b x 系统技术现状 到目前为止，企业内部大多还是采用传统p b x 进行语音通信，但是随着企业内部网越 来越普遍，数据业务的需求的不断快速增长，各方面对增值业务、多媒体业务的呼声越来 越高。加上在企业内部网的基础上构建i p 语音系统成本低廉、业务多种多样、运营方便、 扩展性强且功能强大，i p p b x 系统的开发早已引起多方关注，成为当前开发的热点。 尽管s i p 被业界认为是i p 网络多媒体通信的主流控制协议，而且s i p 也已经形成了 一套比较完整的体系结构，但其应用仍处于起步阶段，其建设和发展才刚刚开始。目前支 持多媒体业务的终端绝大多数是h 3 2 3 终端，s i p 终端在多媒体业务方面尚未得到广泛使 用。 本i p p b x 系统基于s i p 协议，可支持多种增值业务，容错性强、工作稳定、性能较 完善，技术具有先进性，有很好的市场前景。 南京邮电大学硕士学位论文 第三章多媒体协同通信终端业务实现 第三章多媒体协同通信终端业务实现 本多媒体s i p 终端保留了i p p b x 一期系统中已经实现的语音、视频通信功能以及三方 通话、呼叫转交等增值业务，在此基础上，开发了电子白板通信、即时消息、文件传送等 多媒体数据通信功能，并配合第三方服务器完善地解决了s i p 信令及媒体数据穿越n a t 设 备的问题，使其不再局限于局域网内使用。下面对上述新增功能的实现原理进行详细阐述。 3 1 电子白板 3 1 1 电子白板概述 电子自板是为点对点通信用户提供一种较为直观的交流的方式，用户可以通过在操作 界面上绘制图形、输入文字、插入图片等方式进行交流。 电子白板是独立设计的一个子系统，可单独实现其功能，具有良好的可扩展性和移植 性。电子白板通信采用c s 的工作模式，集成了电子白板功能的多媒体终端，既可以作为 客户端启动白板，也可以作为服务器端启动白板，这取决于在白板通信中该终端是作为主 q 还是被叫。 3 1 2 电子自板的功能 本地操作 电子白板有丰富的本地操作功能： 创建图元：可在当前电子白板页面中创建各种图元：直线、曲线、矩形、椭圆、 文本、图片等。 编辑操作：对当