（计算机应用技术专业论文）基于软交换网络的sip穿越nat的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 下一代网络n g n ( n e x tg e n e m t i o n n e t 、) l r o r k ) 是基于分组技术的网络，能提 供多种业务，是适合在分组交换网上提供实时语音和多媒体业务的软交换网络。 但是由于p 地址不足，在软交换网络建网后到部署狂、r 6 之前，大量的终端不得 不采用私有网p 地址，因此，当这些私有网用户要接入软交换网络时，软交换 业务流将必然途经网络中的网络地址转换n a t ( n 咖o r k a d d r e s st r a n s l a t i o n ) 设 各。 从技术上讲会话初始化协议s p ( s e s s i o n “t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 以及h 3 2 3 、 h 2 4 8 等协议都是承载在u d p 口之上，而n a t 设备只替换网络层和传输层包头 数据，用户信令消息中涉及的私有地址得不到替换，使得软交换系统无法正确 定位用户地址，以致无法成功建立会话，因此要实现业务互通，必须采用一定 的方法，以支持软交换的相关协议的私网穿越。随着n g n 大规模走向商用，s 口 协议作为目前通信界最活跃的通信协议之一，研究s 口协议的n a t 穿越无疑具 有十分重要的实用意义。 本文首先系统的介绍了s p 协议及n a t 技术，深入的研究了软交换中s p 协议在穿越n a t 时的运作过程，对n a t 的工作机制进行了分析，对实现s p 穿 越n a t 的几种常用方式进行比较和探讨。 本文主要研究通过全代理的方式来实现s 母协议对n a t 的穿越，给出了全 代理网关的具体的解决方案以及全代理网关的软件设计模型，说明了全代理网 关的具体功能。通过把全代理网关做成一个具备背靠背用户代理b 2 b u a ( b a c k t ob a c ku s e ra g e n t ) 功能的s p 服务器，在s i p 消息到达全代理网关时修改s i p 协议中的会话描述协议s d p ( s e s s i o n d e s c r i p t i o n p r o t o c 0 1 ) 描述信息，实现全代 理网关对信令中转和对媒体的中继，最终实现了s 口协议的私网穿越。 用全代理方式实现n a t 穿越的优点在于在不改变现有组网的条件下，无需 n a t 设备做任何改动，私网内终端也无需支持其他协议就可以实现s p 协议的 私网穿越。较其他穿越方式而言，大大降低了运营商的投资成本，而且由于全 代理网关可以完成对每次呼叫带宽等服务质量q o s ( q u a l 埘o fs e r v i c e ) 信息的 解析和处理，可以从接入层保证n c n 网络的安全。此外，还可以通过对呼叫状 武汉理工大学硕士学位论文 态的把握，实现媒体流的动态防火墙功能 最后本文对所做研究工作进行了总结 保证网络的安全和防止带宽的盗用。 并对下一步的研究工作提出了展望。 关键词：n g n全代理s m n a tb 2 b u a 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t n g n ( n c x tg e r a t i o nn e 押o r k ) i s 也en e t w o r kb 船e do n 晷o u p i n gt e c l l i l o l o 肼 w l l i c hc a np r o v i d em a i l ys e r v i c e s ，灿sm a l ( ei t 印p l i c a b l ei i lg r o u p i n gs w i t c hn e t t o p r o v i d er e a l 劬ev o i c ea n dm u l 缸e d i as e n ，i c ea sas o f ts w i t c hn e 御o r k b e c a u s et h e s h o r t a g eo fpa d d r e s s ，劬mt h ec o n m 晒s s i o no fs o f ts 丽t c hn e m o r km 1 也ep v 6 ， p l e m i f i l lt e m l i n a l sh a v et ou s e 血e 邮r a t em a d d r e s s a sar e s u l t ，t h es o rs w i t c h s 仃e 锄w i l lp 勰sm en a t ( n 咖o r ka d 出e s st m s l 8 t i o n ) e q u i p m e mw h e n 吐1 e c o n s u m e r s 谢b oo w n e dt l l ep r i v a t en e 押o r kc o m e c tt l l es o f cs w i t c hn e t w o r k t h ep r o t o c o l s ，s u c h 船s d ( s e s s i o ni i l i t i 靠o np r o t o c 0 1 ) ，h 3 2 3a n dh 2 4 8 ，a r ea 1 1 c a 埘e do nm eu d p i pi i lt e c h n o l o g y a sm en a te q u i p m e mo i l l yr 印l a c et h eh e a d e r o fp a c k e t 蛐i i ln e 押o r k1 a y e r 趾d 仃a n s i n i s s i o nl a y t h ep r i v a t ea d d r e s si nt h e m m 蛐di f b 呲i o n ，w h i c hi ss e n to u tb y 血ec o n s 砌c 锄n o tb er 印l a c e d ，w h i c h m 出r e “i r 印o s s i b l et oo r i e n t 也ea d d r e s so f 璐c r se x a c n ya i l d 也es e s s i o nc 趾n o tb e b l l i l ds u c c e s s f i l l l y s o m ep r o p 盯m e t h o d ss h 0 1 1 1 db el l s e dt 0r e a l i z e 血ec o m 删c a t i o n 锄o n go p 删o n ss o 也a ti t 、】l ，i l ls u p p o nu l ep 私s0 fp r i t en e 咐o r k i i lt 1 1 es o f ts w i t c h n e t w o r k a st l l en g ni su s e dm o r c 趾dm o r ei nb l l s m e s s ，i ti sm e 缸l i n g 向l t os t l l d yt 1 1 e p a s so f n a t i nt h es 坤p r o t o l ，w h i c hi so n eo f 1 em o s tu s e f i l lp r o t o c o l s f i s t ly t l l ep 印e ri i l 廿i ) d u c e dm es i pp r o t o c o l 髓dn a tt e c h n o l o g ys y s t e m i c a l l y ， p r e s e m e d 1 ei i l d 印也咖d yo f 也eo p e r a t i o nd u r 访gw l l i c hn l es i pp m t o c o lp a s s e d 也en a t 锄a l y z e dm em e c h a n i s mo fn a t ，c o m p 缸e da 1 1 dd i s c l l s s e ds e v e r a lm e m o d s w h i c hc a nr e a l i z e 也e 协w e 碍i n go fs 口也r o u 曲n a t t h ep a p e rm a i n l ys t i l d i e dt l l ef l l l lp r o x ym e t h o d sw h j c hc a l lr e a l i z e 血e 廿a v e r s i n go fs p 也m u 曲n a t ，p r e s e n t e dm c 娜d c a ls e m e m e mm o d e lo fs o 脚a r e i i lf m lp r o x yg a t e w a y a n di n t r o d u c e d 也ep r a c t i c a lf i l n c t i o no fm eg a t e w a yt h ep a s s o fp r i t en c t w o r ki i ls i pw 觞砌i z e da 1 1l 嬲t ，w m c h 啪sc a r r i c do u ti nt h e 如1 1 0 w i n g p r o c e d l l r e ：也ef i l n yp r o x yg a 士e w a yw a sm a d et ob eas i ps e n ，e rw h i c ht m v e 血e f l l n c t i o no f b 2 b u a ( b a c kt 0b a c ku s e ra g e n t ) ，m ed e s c r i p 吐o ni n f o r t l l a t i o no fs d p ( s e s s i o nd e s c d p t i o np r o t o c 0 1 ) i nt l l es pw 船m o d i 矗e dw h e nm es i pi n f o n n a t i o n l h 武汉理工大学硕士学位论文 a r r i v e dm ef l l l lp r o x yg a t e w a 弘t h e 吣f e ro fi n f o r m g d o n 锄dr e l a yo fm e d i aw a s r e a l i z e di nt h ef i l l lr e p r e s 烈止l t i v eg a t e w a y ， t h ea d v 锄t a g eo f 1 i sm e 也o di sm a tt h ep 髂so fp r i v a t en e t w o r ki ns mc a nb e r e a l i z e da i l dn l en g ns e n ，i c ec 蛆b ec a r r i e do u t 谢协o u ta n yc t m g eo f t l l en e 脚o r ki n e x i s t e n c e 趾d 也旱n a re q 伍p m 眦，a n di ti sn o tr l c c e s s a r yf o r 也ep d v a t en e 掘r o r k t e r i n i i l a l st os u p p o na n yo 也e rp r o t o c 0 1 s t h e0 p e 例d f si n v e s 曲c n tc o s ti sr 叽c h l o w e r 血a nw i mo t h c rm e m o d s b e c a l l s eo fm ef u l lp r o x yg a t e w a yc a l la i l a l y z ea n d d e a lw i t l l eq o s ( q u a l i qo fs e r 、，i c e ) i n 南r i n a t i o ns u c ha se v e r yc a l lb 锄【d w i d 也，m e s e c l l r i t yo f 也en g n c a l lb ee n s u r e di ne d g e a c c e s sl a y e lb e s i d e s ，i tc a nr e a l i z et h e d ”a i l l i c 矗r ew a l lo ft h em e d i as 订e 锄，e n s l l r et h en e 脚o r k ss e c u r i 哆a n dp r e v e n tt h e b a n d w i d m s 即1 b e z z l e m e n t 也r o u g hc o n 灯0 l l i i 培m ec a l ls t a t e 胁t 1 1 ee n d ，山ec o n c l u s i o ni sp r e s t e d 趾d 也ef i l m l c rw o r ki sb r o u 曲tf o r w a r d k e y w o r d s ：n g n f u up r o x ys mn a tb 2 b u a 武汉理工大学硕士学位论文 第l 章绪论 本章主要介绍课题背景以及本课题的国内外研究现状，简要描述了本文的 工作和任务。 1 1 课题背景 1 1 1n g n 的软交换技术发展 随着p 技术的发展，电信网网络、计算机网络与有线电视网络将最终统一到 i p 网络中，p 协议将最终演进为n g n 的核心。如何在下一代网络中支持电信网络 上现有的业务，是传统电信运营商和新运营商关注的热点。运营商必须提供越 来越多的多媒体业务才能吸引住用户，而这些新型的多样性业务，是目前传统 的电话交换网络p s t n ( p u b l i cs 丽t c h e dt e l e d h o n e n e t w o r k ) 、公用陆地移动通信 网p im n ( p u b l i cl a n dm o b i l en 曲v o r k ) 等单一网络所难以提供的。与此同时， 飞速发展的数据网已经对p s t n 、p im n 业务形成分流，并将逐渐成为承载话音 业务的基石，运营商已经积累了丰富的v o 运营经验，但h 3 2 3v o 只满足分组 话音的基本需求，缺乏丰富的业务功能和高可靠性的质量保证【2 j 。对运营商来说， 将各种网络融合，一方面为用户提供综合性、多样性的业务服务，另一方面降 低建设维护成本，避免重复投资，提高管理效率，就成为未来网络建设中首先 要考虑的问题。在这一背景下，基于软交换技术的n q q 网络应运而生 3 。 n g n 网络从以电路交换为主的p s t n 网络逐渐迈向以分组交换为主，它承 载了原有p s i n 网络的所有业务，把大量的数据传输卸载到p 网络中以减轻 p s t n 网络的重荷，在增加基于p 技术的新特性的同时增强了许多新老业务。 可见，n g n 是基于t d m 的p s l n 语音网络和基于p ，a 1 m 睁j 的分组网络融合的 产物 4 ，在新一代网络上承载语音、视频、数据等综合业务成为现实。同时， n g n 又是一种业务驱动型网络，业务独立于网络，这种开放式业务架构，可满 足用户的业务需求，增强运营网络的综合竞争力。 作为下一代网络的核心技术，软交换已经成为电信领域内最受关注的焦点 武汉理工大学硕士学位论文 之一。无论是电信运营商还是设备制造商或者是致力于该领域的业务开发商， 都希望借助软交换技术在电信服务业的推广来发展和巩固自身的市场地位，并 获得直接的经济效益1 6 j 。 同时由于网络的快速发展，口地址不足的问题日益暴露，在软交换网络 建网后到p v 6 之前，大量的终端不得不采用私有网络地址，因此，当这些私有 网络用户接入到软交换网络时，软交换业务将必然途经网络中的n a t 设备，而 现有的n a t 设备却不一定支持s m 唧、h 3 2 3 【8 、h 2 4 8 9 】等协议的识别和处理。 从技术上讲，s m 和h 2 4 8 等协议都承载在u 】) p p 之上，而n a t 设备只替换网 络层和传输层的包头数据，用户信令消息中涉及的私有地址得不到替换，使得 软交换系统无法正确定位用户地址，以致无法成功建立会话。因此，要实现业 务互通，必须采用一些方法顺利的实现n a t 穿越，以支持软交换的发展。 实际上，软交换是在口电话的基础上逐步发展起来的一门新技术或一个新 概念，在i p 电话网中，为了增强网关功能的灵活性、可扩展性、和高效性，提 出了分解网关功能的思路，在此基础上逐步产生了软交换的概念 1 “。 传统的电路交换网中，网关不但要执行媒体格式变换，还要进行信令转换， 这种网关结构对口电话的大规模部署具有相当多的制约，主要表现在：网关集 多种功能于一身，过于复杂，可扩展性差，没有故障保障机制。于是人们把网 关功能分解，分解为媒体网关m g ( m e d i ag a t e w 甚y ) ，主要负责媒体转换和连 接。信令网关s g ( s i 弘a l i n g g a t e w a y ) ，主要负责信令转换。媒体网关控制 器m g c ( m e d i ag a t e w a yc o n n d l l e r ) 主要负责根据收到的信令控制媒体网关的 连接和释放，真正对信令消息进行分析和处理，并进行应用层的互通变换。后 来互联网工程任务组m t f ( k t e m e te n g i n e e r i n g 协kf o r c e ) 的文档中提出了呼 叫代理( c a l la g e n t ) 的概念，呼叫代理实际上就是媒体网关控制器，后来更 进一步又提出了呼叫服务器以及软交换( s o f t s w 沁h ) 的概念。 以软交换为控制核心是n g n 的重要特征，和传统的电路交换网相比，软交 换有诸多优势j 。 ( 1 ) n g n 是基于开放协议的分组网络，能方便的实现各种异构网的互通。 ( 2 ) 通过在呼叫控制层与业务层间采用统一、公共的接口来实现业务提供 和网络控制的分离，便于新业务的快速提供，使得业务与应用的开发有更大的 灵活性，从而能满足用户不断变化的通信需求，使网络具有更强的可持续发展 的能力。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 通过呼叫控制与连接的分离，便于在承载层采用新的网络传送技术。 ( 4 ) 允许网络运营商从不同的制造商那里购买最合适的网络部件构建自己 的网络，而不受制于一家设备商的解决方案。 由于软交换技术的广阔前景，迄今为止，全球范围内已经有多家电信运营 商积极开展了在软交换技术方面的试验和商用部署。 1 1 2v o i p 关键技术的发展 软交换技术快速发展的一个重要的原因就是v o 口技术的成熟与发展，v o 口 技术是建立在珀技术上的分组化上的一种数字传输技术。其基本原理是：通过 语音压缩算法对话音进行压缩编码处理，然后把语音数据按i p 等相关协议进行 打包，经过i p 网络把数据包传输到目的地，再把这些语音数据包串起来，经过 解码解压处理后，恢复到原来的语音信号，从而达到由m 网络传送话音的目的。 传统的球网络主要是用来传输数据业务，采用的是尽力而为的、无连接的 技术，因此没有服务质量保证，存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况。 由于以前主要以数据业务为主，所以对此要求不高。但是话音属于实时业务， 对时序、时延等有严格的要求。因此必须采用特殊的措施来保障一定的业务质 量。v o 口的一些关键技术的发展就使语音视频等实时业务在质量等方面得到了 很大发展。v o p 的关键技术包括信令技术、语音编码技术、实时传输技术、服 务质量保证技术以及网络传输技术【1 。 ( 1 ) 信令技术用于控制呼叫的建立、管理和拆除以及通信方之间能力的交 互，保证电话呼叫的顺利实现和通话的话音质量，目前被广泛应用的v o p 控制 信令体系主要包括s 口和h 3 2 3 协议。 ( 2 ) 语音编码技术主要解决的语音的正确压缩和编码，保证语音质量。主 要的编码技术有g 7 1 l ，g 7 2 9 ，q 7 2 3 等编码方式。 ( 3 ) 实时传输协议r t p ( r e a l 一妇1 et r 趾s p o r tp r o t o c 0 1 ) 和实时传输控制协 议r t c p ( r e a l t i m et r a 珊p o r tc o 曲o lp r o t o c 0 1 ) 通过时间标签和实现不同数据流 同步特性的机制，可以让接收端重组发送端的数据包，并且提供端到多点发送 端的服务质量反馈，提供的对语音流的正确控制。 ( 4 ) q o s 保障 1 3 】技术主要是指v o 口中采用的资源预留协议r s v p ( r e s o u r c e r e s e r v a t i o np r o t o c o i ) 1 1 4 】以及进行服务质量监控的实时传输控制协议r t c p 协议 来避免网络拥塞，保证通话的语音质量。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 5 ) 网络传输技术主要是t c p 和u d p ，此外还包括网关互联技术、路由 选择技术 1 5 、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 软交换中s i p 穿越f w n a t 存在的问题 随着i n t e r i l e t 的快速膨胀，3 2 位的p w 地址空间面临被耗尽的境地，另一 方面，出于网络安全因素的考虑，大量的企业网和驻地网都采用私有i p 地址。 网络地址转换技术n a t 能极大的提高内部网络的安全性，并通过过滤不安全的 服务而降低各种可能遇到的风险。 但是这个机制对日益成熟并逐步走向商用的基于s i p 的多媒体通信业务制 造了障碍，其主要原因是：s 口协议是应用层协议，是在控制信息中，动态的协 商语音、视频、数据等媒体流端口，动态分配端口的方式为在n a l 忭w 【l6 设备 上配置固定的包过滤策略带来了困难，需要有一种机制来动态的在n a t 上创建 传输地址映射关系，保证媒体流能顺利穿越n a t 。同时由于n c n 技术快速发展 的主要原因是能为用户提供更丰富的业务，特别是能为企业用户提供语音、数 据和视频融合的业务。因此，s p 通信协议不能穿越防火墙和n a t 的问题就成 为目前n c 黼业务最大的障碍和迫切需要解决的问题。就n a t 本身来讲，n a i t 一般只完成p 层地址的转换，而软交换协议( 如h 3 2 3 、s m 、m g c p 等) 1 7 】需要 依靠封装在高层的地址信息完成通信。一方面，由于n 触1 不能相应地修改这些 封装在协议包内的地址，使软交换系统无法获得终端正确的地址信息，结果造 成无法建立通信；另一方面，私网设备只有在向外部主动发起连接时，才会被 分配到合法i p 和端口号。若不做特殊处理，设备对外部网络来说是不可见的， 也无法接受软交换发来的呼叫请求。 1 2 2 穿越问题的整体解决思路 软交换业务穿越n a t 设各的解决方案需要考虑到不同种类n a t 设备具体实 现，需要同时解决信令穿越和媒体穿越两方面的问题。 在软交换信令协议的穿越上一般有三种处理方法： ( 1 ) 在s 口消息的a 和c o n t a c t 中填入正确的外网可访问的口地址和端 4 武汉理工大学硕士学位论文 口地址； ( 2 ) 软交换( 或信令代理设备) 从s 口消息的p 报头获得口地址和端口 地址，并使用该地址发送应答消息，不再使用v i a 和c o n t a c t 参数回应： ( 3 ) 隧道方式，所有内部网的消息由专门设备( 或软件) 打包，通过防火 墙的某一特定端口送到外部网特定端口，由外网服务器和软交换联系。 在媒体穿越n a t 的实现上也有三种处理方法： ( 1 ) 在s d p 消息c 、m 参数中填入正确的外网可访问的口地址和端口地址； ( 2 ) 使用媒体中继设备，要求用户的媒体流都发往该设备，由该设备转接； ( 3 ) 隧道方式，同信令的处理。 目前国内外解决穿越问题主要有如下几种方式：a l g ( a p p l i c a t i o nl a y e r g a t e w r a y ) 方式、m m c o m ( m i d m e b o xc 埘u i l i c a t i o n ) 方式、s t u n ( s i i n p l e t r a v e r s a lo fu d pt h r o u 曲n e 铆o r ka d d r e s sm n s l a t o r s ) 方式、和全代理( f u l l p r o x y ) 方式，这些方案都有各自实用的范围和限制，最近t f 的m m u s i c 研 究组还提出了互动式连接建立草案i c e ( h l t e r t i v ec o m e c t i v 曲e s t a b l i s h m 肋t ) 。 希望为用户提供简单、方便、全面的穿越解决方案，目前c i s c o 等公司正在设计 基于i c e 方式的n a t 厚w 解决方案。 1 3 本文的工作和任务 本文详细介绍了s 口协议以及n a t 技术，对n a t 的工作特点进行了分析， 深入的研究软交换网络中由于n a t 技术导致s 口穿越问题产生的本质原因，对 实现s 口穿越n a t 的几种常用方式进行比较和探讨，主要研究一种全代理的方 式来实现s 口对n a t 的穿越，来解决在n g n 网络中的s 口穿越n a t 这个问题。 同时，本文从工作原理和实现方式两个方面对这个方案进行了详细介绍。 本文第1 章介绍了n g n 网络、软交换技术、v o p 系统和n a t 技术的基本 概念，介绍了问题的研究背景和研究意义。 第2 章介绍了s 口协议的基本概念、功能、主要特征、体系结构及呼叫流程， 同时还介绍了会话描述协议s d p 和实时传输协议r t p r t c p 第3 章具体介绍了n a t 技术、n a t 类型及其目前解决s m 穿越n a t 的几 种解决方案。 第4 章从功能和原理两方面详细分析了用全代理网关实现s 口穿越的方法 武汉理工大学硕士学位论文 第5 章详细描述了全代理方式的s p 穿越n a t 的具体软件实现。 最后对全文进行了总结，对下一步的工作研究工作提出了展望。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章s i p 协议及相关协议介绍 本章主要介绍了s i p 协议及其发展、s p 协议的基本功能和主要特征以及s i p 的体系结构，简要介绍了s p 消息的结构和分类，以及s d 各个头域的作用，详 细描述了s 口消息的几种呼叫流程。同时对s d p 会话描述协议也从s d p 包含的 内容和s d p 协议格式两方面进行了概括性描述，最后对r t p r t c p 实时传输协 议也进行了概要介绍。 2 1s i p 协议及其发展 会话初始化协议s 口，是i e t f 于1 9 9 9 年提出的一个基于口网络，特别适 用于h l t e m e t 的网络环境中实时通信应用的一种信令协议。会话( s e s s i o n ) 是指 用户之间的数据交换。在基于s 口协议的应用中，每一个会话可以是各种不同的 数据，如普通的文本、经过数字化处理的音频、视频数据等，具有很大的应用 范围。 s 协议作为一个i e t f 提出的标准，在很大程度上借鉴了其他各种广泛存 在的i n t e m e t 协议，如超文本传输协议h r r p ( h y p e n e x tt 眦s p o np r o t o c 0 1 ) 【1 8 、 简单邮件传输协议s m t p ( s i m p l e m a i lt r a n s 衙p r o t o c 0 1 ) 等，和这些协议一样， s m 也采用基于文本的编码方式，这也是s p 协议同多媒体通信领域或其他现有 标准相比最大的特点之一。 由于网络环境以及相关多媒体技术的不足，s i p 协议首次提出时仅仅针对各 种文本应用。随着i n t e m e t 的飞速发展及多媒体技术的成熟，s p 协议也不断发 展，应用越来越广泛。第三代移动通信伙伴项目3 g p p ( t l l i r dg e n e f a t i o n p a m l e r s h i pp r o j e c t ) 【2 0 】已确定将s 作为的第三代移用通信全口网络的核心协 议。制定了基于s 口的理多媒体子系统d “s ( h l s 仇l c t i o n a lm a i l a g e m e ms y s t e m ) 口1 体系标准，微软在w l n d o w sx p 操作系统里面，采用基于s 口的m s n 多媒体 通信组件，取代原来广泛应用的基于h 3 2 3 的n e t m e e 血g 部件。 武汉理工大学硕士学位论文 2 2s i p 协议基本功能及主要特征 s m 的基本功能有以下五种： ( 1 ) 用户定位一决定哪个终端系统参加通信； ( 2 ) 用户能力一决定通信所采用的媒体和媒体参数； ( 3 ) 用户可用性一决定被叫方是否愿意加入通信过程； ( 4 ) 呼叫建立一振铃、主叫方和被叫方的连接和参数的建立： ( 5 ) 呼叫处理一呼叫转移、终止呼叫等。 主要特征如下： ( 1 ) s m 可以发起会话，也可以邀请用户加入以其它方式，如会话公告协 议s a p ( s e s s i o nm l n o u n c e m e n tp r o t o c 0 1 ) 发布或建立的会话；通过s d p 协议， s p 可以在呼叫发起和呼叫进行过程对会话参数进行协商，如会话带宽要求、传 输的媒体类型( 语音、视频和数据等) 、媒体的编解码格式、对组播和单播的支 持等。s m 可以提供呼叫控制功能( 如呼叫保持、呼叫路由、呼叫转移、媒体转 换等) 。 ( 2 ) s p 可以支持单播会话，也可以支持多播会话。 ( 3 ) s p 与网络协议独立，即与底层协议无关。s d 可以在不同的传输层协 议上工作，如t c p 或u d p 。当使用u 】) p 的时候，s 口可以更好的支持多播会话； 当使用t c p 的时候，s 口可以更容易的通过防火墙。 ( 4 ) s p 支持很多其他协议，如r s v p 、r t p r t c p 、实时流协议r t s p ( r e a l t i m es 廿e 眦i n gp r o t o c 0 1 ) 、s a p 、s d p 等。但是，s 口的功能和操作不取 决于以上任何协议。 ( 5 ) s m 是基于文本的协议，简单灵活，可扩展性好；s 口采用c l i e n “s e r v e r 的体系结构，在很大程度上继承了h t t p 和s m t p 协议的特征。 ( 6 ) s p 协议是无状态的，服务器可以保持也可以不保持呼叫状态。 ( 7 ) s m 透明支持名字映射和重定向服务，可以实现i s d n 和i n 电话用户 服务：通过网关，s p 可以实现p s t n 电话之间的呼叫。 ( 8 ) s p 支持用户的移动性和移动业务。 武汉理工大学硕士学位论文 2 3s i p 的体系结构 s m 是基于客户机服务器结构的。基本分为用户代理和网络服务器。 用户代理( u s e r a g e n t ) ( 1 ) 用户代理客户端u a c ( u s e r a g e mc 1 i e n t ) ( 2 ) 用户代理服务器u a s ( u s c r a g e n ts e e r ) 网路服务器( n e t w o r ks e r v e r ) ( 1 ) 代理服务器( p r o x vs e r v e r ) ( 2 ) 重定向服务器( r e d i r e c t o rs e r v c r ) ( 3 ) 注册服务器( r e 毋s n 钌) ( 4 ) 位置服务器( l o c a t i o ns e r v e r ) 其结构如图2 1 所示： 图2 1s p 网络结构 2 3 1 用户代理( u s e r a g e n t ) ( 1 ) 用户代理客户端u a c ：发起s 口呼叫的客户端应用程序。 ( 2 ) 用户代理服务器u a s ：接受s 口请求的服务器程序。作为用户的代理 根据接受到的请求代表用户返回相应的响应：接受、拒绝、转接。 用户代理客户端u a e 和用户代理服务器u a s 都可以终止一个呼叫。 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 2 代理服务器( p m x ys e r v e r ) 代理服务器是代表其他客户机发起请求，既充当服务器又充当客户机的媒 介程序。请求可能在代理服务器中被服务或者直接经过翻译后发送到其它的服 务器。它在转发请求之前可能解释、改写、翻译原请求消息中的内容。 2 - 3 3 重定向服务器( r e m r e c t o rs e r v e r ) 重定向服务器在接收s p 请求后，把请求中的原地址映射成零个或多个新地 址，返回给客户机。与代理服务器不同的是，重定向服务并不会发起自己的请 求。与用户代理相区别的是，重定向服务并不会发起或中断呼叫。 2 1 3 4 注册服务器( r e 西s t r a r ) 注册服务器主要是接收客户机的注册请求，完成用户地址的注册。注册服 务器应该支持用户鉴权。 注册服务器一般配置在代理服务器和重定服务器之间，并且一般配置位置 服务器的功能。 2 3 5 位置服务器( l o c a 6 仰s e r v e r ) 位置服务器并不是一个s 口服务器，s p 服务器可以通过任何非s i p 协议如 ( s q l ，) a p ，c o r b a ) 来连接位置服务器。 位置服务器的主要功能是提供位置查询服务，主要是由代理服务器或重定 向服务器用来查询被叫的可能的地址信息。 2 4s i p 消息 s p 协议消息分请求和响应两类，其中请求消息由客户机发往服务器，响应 消息由服务器发往客户机。请求和响应消息均采用r f c 2 8 2 2 ( i n t e m e tm e s s a g e f o 彻a t ) 定义的基本格式进行编码，请求和响应消息格式由一个起始行、若干个 头字段，以及一个可选的消息体组成。其中消息体为可选项，头字段和消息体 之间用空行进行分隔。消息格式如下： s 口消息= 起始行 l o 武汉理工大学硕士学位论文 消息头部 c 砌口( 空行) 消息体 起始行= 请求行状态行 2 4 1s i p 请求消息 请求消息的起始行为请求行r e q u e s t l i n e ，请求消息的格式如下所示，由方 法名、请求u r l 和协议版本的组成，各个部分均用一个空格字符进行分隔。 r e q u e s t - l i n e = m e t h o d r c q u e s t u i ：己l 】s i p - v e r s i o nc r l f ( 1 ) m e l o d ：定义了6 个方法，i n v i t e 、a c k 、c a n c l e 、o p t i o n s 、和 r e g i s t e r 。 r e g i s t e r 消息用于发送注册请求信息，仆i t e 、a c k 、c a n c l e 用于建 立会话，b y e 用于终结会话连接，0 p t i o n s 用于查询服务器能力。 ( 2 ) r e q u e s t u r l ：指示被邀请用户的当前地址。 ( 3 ) s 口v e r s i o n ：用于定义协议的当前版本号，本协议的版本号为s p 2 o 下面是请求消息n 小田瞪的例子： r e q u e s t l i n e ：d w es i p ：2 1 4 7 0 0 0 2 1 9 2 1 6 8 1 0 0 1 ：5 0 6 0s i p 2 o a ：s 口2 o ，u d p1 9 2 1 6 8 1 _ 3 ：1 6 2 2 l ：b 删h - z 9 h g 4 b k 0 0 1 5 4 6 m a x - f o r wa r l d s ：7 0 f r o m ： ；t a g = 8 8 6 c 9 0 6 9 1 o ： ； c a l l d ：f b l 9 a d b 0 5 8 9 “5 7 1 9 6 4 4 b e 0 4 2 9 9 e e d 8 b 1 9 2 1 6 8 ，1 3 c s e q ：1n v r r e c 0 n t a c t ： u s e r - a g c l l t ：r t c 1 2 c o m e m 聊e ：a p p l i c a t i o n s d p c o m e n t 渤g t h ：7 4 l s d p n o ts h o w 武汉理工大学硕士学位论文 2 4 2s i p 响应消息 响应消息的起始行为状态行( s t 咖s l i n e ) ，状态行由协议版本、状态码和 与状态码相关的文本描述组成，各个部分直接用一个空格字符进行分隔。状态 行的格式如下所永7 ： s t a t i l s - l i n e = s 口- 鹳i o n s t a m s c o d e 】r e a s o n - p h r 勰ec i 己l f ( 1 ) s t a m s c o d e ( 状态码) ：该参数为一个3 位的十迸制整数，用于指示请 求消息的执行响应结果。3 位中最高位定义了应答的类别，后两位没有什么分类 规则，因此任何1 0 0 道1 9 9 之间的应答都是1 应答，2 0 0 到2 9 9 直接的为2 应答等。s 口2 o 定义了头为1 到6 的应答； l ：临时应答。请求接受到了，正在处理。 2 ：成功。请求被成功的接受，并处理完毕。 3 ：重定向。需要另外发送请求来完成任务。 4 ：客户端错误。请求语法有错，或者无法被服务器端执行。 5 ：服务器错误。服务器无法完成一个合法的请求。 6 ：全局错误。请求在任何服务器都无法完成。 下面是一个s m 应答的例子： s t a t 岫l i n e ：s p 2 o2 0 0o k f r o m ： ；t a g _ 8 8 6 c 9 0 6 9 t 0 ： ；t a g = 8 f 5 6 6 4 d 2 c s e q ：li n v m c a l l d ：f b l 9 a d b 0 5 8 9 e 4 5 7 1 9 6 4 4 b e 0 4 2 9 9 e e d 8 b 1 9 2 1 6 8 1 3 a ：s p 2 0 d p1 9 2 1 6 8 1 3 ：1 6 2 2 l ：b 脚1 c h z 9 h g 4 b k o o l 5 4 6 ： c o n t a c t ： ；e x p i r e s = 3 0 0 c o m e n t - k g i h ：3 2 5 s d p n o ts h o w ( 2 ) r e 私o n _ p h r 豁e ( 原因) ：该参数用于对s t 咖s c o d e 参数进行简单的文 本描述。客户机不必检查显示r e o n p h r 鹊e 参数。 2 4 3s i p 头域 s p 用头域( h e a d e r ) 描述消息的属性，消息从哪里来，发送到哪里，有效 武汉理工大学硕士学位论文 时间等信息都由各自的头域进行描述。s 口头域与h t t p 头域十分相似，遵从以 下格式： f i e l d r m m e ：f i e l d - v a l u e 用户代理客户端产生一个有效的s m 请求消息必须至少包含下列头字段： t o 、f r o m 、c s e q 、c a l l d 、m a x - f o 刑砌s 和a 头字段，它们在所有的s 口请 求消息中都是必选的。这六个头字段是构建s p 消息的基本单元。请求行 r e q u e s t l i n e 也是必选的，它包含了请求方法、r e q u e s t u u 和s p 版本信息。 ( 1 ) t o 头字段：指定请求消息的逻辑接受者或者是用户、资源的注册地 址，该地址同样是作为请求消息的目标地址。 ( 2 ) f r o m 头字段：指示请求发起方的逻辑标识，它可能是用户的注册地址， f r o m 头字段包含一个u i u 和一个可选的显示名称。s 口实体用它来决定如何处 理一个请求，此头域中包含一个t 罐标识用于指示一个对话。 ( 3 ) c a l l i d 头字段：用来将消息分组的唯一性标识。在一个对话中，u a 发送的所以请求和响应消息都必须有相同的c a u ，i d ，每个u a 每次注册所用 的c a l l d 也是一样的。 ( 4 ) c s e q ：包含了一个整数和一个方法名。c s e q 数随着对话中请求数的 递增而递增，但对于重发的请求c s e o 不递增。 ( 5 ) m a x f r o w 甜s ：限制了本次请求允许转发的最大次数，它包含了 一个整数，每转发一次就递减一，当此数减至0 时，就不允许对这个消息继续 转发。 2 5s i p 的呼叫流程 s m 协议支持三种呼叫方式【2 2 ： 点对点直接呼叫方式，即由用户代理客户机u a c 向用户代理服务器u a s 直接呼叫； 代理服务器方式，即由代理服务器u a c 向被叫方发起呼叫 重定向服务器方式，即由u a c 在重定向服务器的辅助下进行重定向呼叫。 下面分别介绍以下流程：注册流程、点对点直接呼叫流程、代理服务器方 式呼叫流程、重