（电力电子与电力传动专业论文）μclinux下基于sip协议语音网关的软件实现.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h es i m p l ea n df l e x i b l ea d v a n t a g e s ，s i pp r o t o c 0 1h a s b e e ng r a d u a l l yt a k i n gt h ep l a c eo ft h eo r i g i n a lh 3 2 3 p r o t o c 0 1 a n db e c o m e st h ec o r ep r o t o c 0 1i nv o i p ，t h u s ，t h er e s e a r c ho n v o i c eg a t e w a yb a s e do ns i pb e c o m esah o ti s s u e h o w e v e r ，m o s t r e c e n tr es e a r c hi sp u to ns o f tt e r m i n a l s ，a n de m b e d d e dt e r m i n a l s a l s oh a v et h ec o m p l e x i t yp r o b l e m so nt h es i g n a l i n gc o n t r 0 1a n d e x t e n s i v eu s e ，s ot h i st h e s i sd e s i g n sa n di m p l e m e n t sak i n do f e m b e d d e dv o i c eg a t e w a yt h a ts i m p l i f i e st h es i g n a l i n gc o n t r 0 1f o r t h ee x t e n s i v eu s eo ft h es i pt e r m i n a l t h et e r m i n a lt h i st h e s i sr e s e a r c ho nc a n m a k eu s e r sf r o m d i f f e r e n tl o c a t i o n sc o m m u n i c a t ew i t ho t h e r si nv o i c eo v e ri p i t u s e s s i ps i g n a lt e c h n 0 1 0 9 y t os e t u p t h ev o i c es e s s i o na n d c o m p l e t et h es i g n a lc o n t r 0 1 ，w i t ht h es d pa n dr t pt r a n s p o r t t e c h n o l o g y ，t h ev o i c eg a t e w a ya c h i e v e s t h er e a l t i m ev o i c e c o m m u n i c a t i o nf r o me n dt oe n d t h i st h e s i sf i r s t l yr e s e a r c ho nt h ev o i c ec o m m u n i c a t i o n t e c h n i q u eb a s e do ns i p ， w h i c hi n c l u d es i pa n ds i ps i g n a lc a l l ， r e a lt i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1a n dm e d i an e g o t i a t i o ns d pa sw e l l a si t s p a c k e t f o r m a ta n d a p p l i c a t i o nd e s c r i b e di n d e t a i l i t i n t r o d u c e st h ea r c h i t e c t u r eo fv o i c e g a t e w a y h a r d w a r e i m p l e m e n t a t i o n ，t h em a i nc h i pf u n c t i o n ，t h ep r o c e s so fv o i e e s i g n a l a r eo u t l i n e di nt h e h a r d w a r e ；s y s t e ms o f t w a r es i m p l e y i n t r o d u c ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m c l i n u xa n de m p h a s i z eo n t h et r a n s p l a n t i n go f c l i n u x sb o o t l o a d e ra n dc or e t h ev o i c e g a t e w a ya p p l i c a t i o n s o f t w a r e d e s i g nt h i n k i n ga n d c o n c r e t e r e a l i z a t i o na r ed i s c u s s e do nd e t a i l ，w h i c hi n c l u d ei t sa p p l i c a t i o n i i 广东：【业大学硕+ 学位论文 1 0 c a t i o n ，r u n n i n gs t a t ed e s i g n ，t a s kp a r t i t i o n i n ga n df u n c t i o n t h em o d u l e si n t e r f a c e d e s i g n ，t a s kp r o c e s sd e s i g n ，d a t a s t r u c t u r ed e f i n i t i o na r e e m p h a s i z e do n t h et r a n s a c t i o n s t a t e m a c h i n eb a s e do nm e ss a g em a p p i n gi s d e s i g n e dt o s o l v et h e c o m p l e x i t yp r o b l e mo nt h es i g n a l i n gc o n t r 0 1 ；i nt h ep a r to fm e d i a s ess i o n ，t h ei n t e r f a c ea n dw o r kf l o wa b o u tv o i c ep r o c e s s i n gi s m a i n l y i n t r o d u c e d t h ev o i c e g a t e w a y s i p s i g n a lp r o c e s s c o n f o r m st or f c 3 2 61 ，a n di t sv o i c eq u a l i t yi sc l e a rb ys y s t e m t e s t t h es t u d yo fs u b j e c tp r o m o t et ot h ei n t e g r a t i o no fv o i c ea n d d a t aa tt h en e t w o r ke d g e ，a n dr e a l i z i n gt h ee x i s t i n gn e t w o r kt o t h en e x t g e n e r a t i o n n e t w o r ke v o l u t i o ni so fg r e a t p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：c 1 i n u x ；v o l p ；s i p ； e m b e d d e dv o i c eg a t e w a y ； t r a n s a c t i o ns t a t em a c h i n e i i i 广东j i ：业大学硕十学位论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是 我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知， 除了中文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 和撰写过的研究成果，不包含本人和其他用途使用过的成果。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。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取 得的，论文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此 声明。 论文作者签名：多剖灰 指导教师签名： 支乃炙 7 6 砌年朔矽日 第一一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究背景及来源 随着计算机网络与通信技术的迅猛发展，基于互联网的实时多媒 体业务正日益受到人们的重视。v o i p ( v o ic eo v e ri p ) 是目前基于i p 分 组网络多媒体通信的一个典型业务，同时也是基于互联网增长最快的业 r1 务之一，现已成为当前计算机网络技术和通信技术研究的热点之一。 v o i p 作为一种i p 语音技术，其基本思想是通过i p 包的传送来 rnl 实现语音业务。在发送端对语音数据进行编码压缩，然后将数据封装 在i p 包内，通过i p 网或互联网发送到接收端，并进行解包解压缩， 还原数据，实现语音通信。v o i p 技术的出现，使语音业务在数据网上连 续而高效的传输成为可能，它提供了一种强大、经济、有效的新的通信 手段。它能够促进网络资源利用，降低语音业务成本。i p 电话与传统电 话的主要区别在于使用的传输媒介和交换方式不同。i p 电话使用的传输 媒介为i n t e r n e t ，使用分组交换技术，而传统电话使用的为p s t n ，使 用电路交换技术。分组交换技术的使用，使得i p 电话有信息时才传送 数据，无信息时不需要传送数据。使用压缩技术后，i p 电话所需的网络 带宽远低于传统电话所需的网络带宽。计算机技术和通讯技术的紧密结 合产生了计算机网络。随着其广泛应用和宽带的普及，它的主要业务已 由传统的文件传输、电子邮件和远程登录等基本服务转向以v o i p 为代 表的多媒体服务。在这种形势下，v o i p 己经在全球范围内得到了迅速的 发展，可以说是当今世界上发展最快、普及最快的一门应用服务技术之 一，也是计算机网络界关注的热点之一。 本课题来自广州高科通信科技有限公司n g n ( 下一代网络) 事业部 重点科研项目“c lin u x 下接入网关实现研究”，该课题以软交换技 术为核心，研究向用户提供融合语音、数据、多媒体、i n t e r n e t 接入等 多种业务的n g n 整体解决方案。 广东工业大学硕士学位论文 1 2 课题的研究意义 当前我国下一代网络发展的迫切需要，开发软交换核心网络的边 缘控制设备，以便配合软交换核心网络的其他设备实现用户的接入、安 全、认证及管理。该课题的研究对于实现语音与数据在网络边缘的融合， 从而实现现有网络( p s t n ，i s d n ，i n 等) 向下一代网络演进具有十分重要 的现实意义。 本课题研究的终端系统是基于嵌入式的实现，具有面向应用，灵 活定制的特点，在终端用户代理的设计上，提出了以s i p 事务状态机模 型为基础的信令控制结构，用单线程处理s i p 信令，从而简化了用户代 理( u a ) 的信令控制过程。另外，终端系统应用层的实现以p o s i x 兼容 系统为目标平台，这样就屏蔽了底层硬件的复杂性和不一致性，提高了 系统通用性，因此本课题研究的终端可以是各种嵌入式设备，系统的原 理不仅适合于i p 电话机，还可以应用到i p t v 机顶盒、可视电话、手 机、p d a 及p c 等众多设备当中，可以说系统的软件设计对于各种s i p 终端的实现都具有实际的参考价值。 1 3 国内外的研究现状 1 3 1sip 协议的发展现状 s i p 最初的想法源于c o l u m b i a 大学计算机系的h e n n i n g 及其研究 rc 1 小组的研究“。 19 9 2 年2 月，m m u s i c 工作组发布了的s i p 提议标准 r f c 2 5 4 3 。由于s ip 逐渐获得业界的重视，于1 9 9 9 年9 月，i e t f 成立了 rc 1 独立的s i p 工作组”。2 0 0 1 年3 月，ie t f 第5 0 次会议决定将s i p 工作 组分成两部分：s i p 工作组和s i p p i n g 工作组。新的s i p 工作组的主要 任务是讨论规范及其基本扩展：s i p p i n g 工作组的任务是讨论关于使用 rql 协议进行具体的应用1 。2 0 0 2 年6 月，s i p 工作组发布了新的r f c 3 2 6 1 ， 以取代r f c 2 4 5 3 ，目前该标准已进入草案标准的状态。 除核心协议外，s i p 工作组还制定了r f c 3 2 6 2 、r f c 3 2 6 5 、r f c 3 3 1 1 、 2 第一章绪论 r f c 3 3 l2 、r f c 3 3 13 、r f c 3 3 2 3 等超过三十多个文档作为s i p 协议的补充： 这些协议的内容涵盖：即时通信、q o s 、安全、协议互通及穿越f w n a t 等许多方面。s i p 自问世以来就在通信和网络研究领域受到极大关注。 目前有较大影响的研究项目包括：c o l u m b i a 大学r t i 实验室的 c i n e m a ( c 0 1 u m b i ai n t e r n e te x t e n s i v em u t i m e d i aa r c h i t e c t u r e ) 4 ； i p t e 工作组的s e r ( s i pe x p r e s sr o u t e r ) “。v o v i d a 的v o c a l ( v o v i d a o p e nc o m m u n i c a t i o na p p l i c a t i o nl i b a r y ) “。；自由软件基金支持的开 源项目o s i p ；p u r p l e c o m 公司的r e s i p r o c a t e 。此外，中国科学院 沈阳计算机应用研究所、中国科学院计算所、北京大学、北京邮电大学 等单位也开展了协议的相关研究，取得了一定的成果9 1 1 引。应用方 面，s i m e n s 、c i s c o 、a v a y a 、m i c r o s o f t 等厂商都推出了基于s i p 的解决 方案。a t & t c a b le 、 m c iw o r l d c o m 、l e v e ll3 等运营商也宣布将使用 s i p 1 1 。 1 3 2v oip 技术的发展现状 h 3 2 3 协议和s i p 协议是目前v o i p 技术中起主导地位的两大信令 协议。我国的电信行业标准就是h 3 2 3 ，而目前商用的绝大部分v o lp 产 品都是基于h 3 2 3 标准的，但是由于s i p 固有的可扩展性、灵活性、简 单和易实现等优点，s i p 协议的应用更具前景，依据美国t r i1i u n 公司 的预测，预计在未来几年内，s i p 协议的占有率将由目前的2 0 上升到 7 0 左右，s i p 协议将逐渐取代h 3 2 3 协议成为v o i p 的核心信令协议“。 基于这一应用趋势，国际上已经开展了s ip 系统的研究和实现，这些s i p 系统中关于终端的研究大多集中在软终端上。如美国的s jl a b s 公司开 发了一套基于s i p 的v o l p 软终端系统s j p h o n e ，使用这套软终端系统， 可以使p c 用户方便的通过互联网进行语音通讯。微软的视窗( w in d o w s ) 操作系统中的m s n m e s s e n g e r 采用的也是s i p 协议。在嵌入式终端方面， 国外的个别机构也已开始了这方面的研究，如法国c e g e t e l 公司曾演示 了一套s i p 多媒体消息系统，采用这套系统后，个人数字助理( p d a ) 、笔 记本和移动电话都可以非常方便地通过公网通信，但是这些终端在信令 控制和通用性上还有待提高。国外的公司如思科、迅时，国内的华为、中 兴等公司也推出了一些相类似的产品，但大多基于v x w o r k s 及m t o r a l a 广东t 业大学硕士学位论文 通信芯片，成本较高。 1 4 论文的组织及研究重点 第一章介绍课题的研究背景及来源和研究意义；国内外研究现状及 发展，及论文的组织。 第二章描述了基于s i p 协议语音通信技术，概括性介绍了语音网关应 用，r a d v i s i o ns i p 协议栈组成；重点研究了s i p 协议，包括 s 工p 网络的组成及基本功能，用于通信的信令控制过程；以 及实时语音传输协议r t p 协议，媒体协商技术s d p 协议。 第三章叙述了语音网关的体系结构组成，硬件部分包括语音网关的 硬件实现框图，及信号处理流程；软件介绍了嵌入式操作系 统c l i n u x 的特点及有关内核和b o o t l o a d e r 移植相关内容。 第四章重点阐述语音网关应用层软件的设计思想及具体实现，包括 语音网关的运行状态，应用任务模块的划分及功能，模块中 数据结构的定义和接口的封装，各个具体呼叫处理流程设计。 第五章搭建测试环境，根据中国电信语音网关测试标准，测试相关 设计流程。 最后，对课题整个工作做一个总结，并根据第五章的实验结果得出 最终的结论。同时，对整个研究工作中的不足和对未来的工作做了分析 和展望。 本人的研究的重点放在第四章，具体包括以下几个方面的工作。 l 、根据语音网关应用需求，设计其运行状态图。 2 、在嵌入操作系统c l i n u x 下，提出语音网关应用层的设计思想，结 合其运行状态，对整个应用层任务功能进行划分。 3 、对于i p 网络存在延时、及丢包问题，在语音传输模块提出了去抖 机制。 4 、结合s i p 协议信令控制流程，对语音网关的具体功能处理流程进 行设计及编码。 4 第二章基于s i p 的语音通信技术原理 第二章基于s ip 的语音通信技术原理 2 1 语音网关应用介绍 语音网关在基于i p 分组网络的作用是实现是语音的接入，具体是 通过采用网络间通用的信令控制技术、媒体实时传输、协商技术完成语 音在i p 网络的传输。如下图所示是一个简单的语音网关的应用方案( 图 中虚线表示信令流、实线表示媒体流) 。在软交换的控制下，能实现两个 语音网关的下的普通电话用户的互通，同时通过中继网关能实现与p s t n ( 公用电话网) 中的用户的互通。 图2 1 语音网关应用方案 f i g 2 - 1 v o i c eg a t e w a ya p p l i c a t i o np r o g r a m m e 语音网关中常用的信令控制协议有h 3 2 3 、s i p 、m g c p 、h 2 4 8 ，只有 协议相同的语音网关才能进行相互通信，因s ip 协议简单、灵活、智能， 易于扩充等优点而获得越来越广泛的研究与应用。常用的语音编码有 g 7 2 3 ，g 7 2 9 ，g 7 1 1 a ，g 7 1 1u ，不同的编码方式，占用的带宽也不尽 相同，其中g 7 2 3 有6 k 5 4 k 两种，g 7 2 9 为8 k ，g 7 1 l a 和g 71 1 u 为 6 4 k 1 3 。 广东工业大学硕士学位论文 2 2s 1p 协议 2 2 is i p 协议的概述 s i p ( s e s sio ni n i ti a t i o np r o t o c o l ，会话初始化协议) 是由i e t f ( i n t e r n e t l 程任务组) 于1 9 9 9 年提出的i p 电话信令协议，其主要目的是 为了解决i p 网络中的信令控制以及同软交换( s o f ts w i t c h ) 的通信r 。 基于纯i p 的s i p 协议是用于创建、修改、终止i p 网上的多媒体会议或呼叫 的应用层控制协议，它借鉴了h t t p 协议和s m t p 协议，结构简单并具有可 扩充性和可扩展性。此外，s i p 还提供良好的q o s 支持，这对于n g n 在i p 网络上实现语音通信和多媒体通信来讲，s i p 在全面满足n g n 特性要求的 应用上具有独特的优势，将成为下一代网络v o i p 的重要解决方案。 s i p 作为一个应用层的多媒体会话信令协议，可以用于控制互联网或 者其它网络上的设备初始化、管理和终止的交互式会话进程，包括了语 音和整个ip n 络有关的内容。所谓s i p 设备可以是一个能够实现s i p 协议 的终端用户设备，它可以是一门电话，一台p c ，一只话音的盒子，一个p d a ， 一部手机，或是一个统一的信息系统。它能方便的实现多个用户终端的 多媒体会话的建立和终结，并能动态调整和修改会话属性，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 i p 消息有可能通过一些与媒体交换相同的介质来 传输，但是s i p 信令应该从媒体本身分出来考虑。这种分离很重要，因为 信令在传输过程中可能要经过一个或多个代理服务器或重定向服务器， 而媒体数据流更多采用直接通路“。 s i p 协议是ie t f $ 0 定的多媒体通信系统框架协议之一，它是一个基于 文本的应用层控制协议，独立于底层协议，采用自己的应用层可靠性机 制来保证消息的可靠传输，用于建立、修改和终止ip 网上的双方或多方 多媒体会话。 1 、slp 协议的基本功能 1 1 、用户定位 6 第二章基于s i p 的语音通信技术原理 s i p 协议通过i n v i t e 请求、a c k 请求以及响应( 2 0 0o k ) ，可以确定哪 个终端系统参加通信，完成用户的定位。s i p 协议采用s i pu r l 来描述一 个s ip 用户的地址，支持女i t e lu r l 传统电话的一致资源定位器的描述， 它的c o n t a c t ，t o ，f r o m 头域可以包含各种u r l 地址描述。最基本的u r l 描述是s i pu r l ，包括u s e r i p - a d d r ，u s e r h o s t 和u s e r d o m a i n ；支持如 p h o n e n u m b e r g a t e w a y 与p s t n 网关地址格式；支持t e l ：0 5 1 9 5 1 0 5 1 6 4 这 样的电话u r l 描述和寻址。支持直接“点击呼叫”( c 1ic k t o c a l1 ) 。s ip 协议本身含有向s i p 服务器登录的功能，所以它可以支持用户地址重定向 功能、名录服务。s i p 协议也可以利用其它定位服务器如d n s ，l d a p 等提 供的定位服务来增强它的定位功能。 1 2 、会话能力的协商 会话能力协商通过s i p 协议的o p t i o n 请求和6 0 6 应答消息等s i p 交互 对会话的媒体编码类型、参数，会话带宽要求以及组播和单播方式等会 话属性进行协商。在s i p 协议中，通过进行一轮c a l1 一i d 不变的i n v i t e 邀 请，s ip 交互可以在会话期间对一个正在进行的会话的属性如媒体的编码 类型和格式，会话占用带宽等等作调整和修改。 1 3 、呼叫参与者管理 基于s i p 协议，任何一个s i p 用户可以为自己或他人向被叫发起呼 叫；任何一个会话参与者或会话夕b s i p 用户( 会话控制者) 都可以在会话期 间把一个或多个其它用户加至一个正在进行的会话；任何一个会话成员 或会话# b s i p 用户( 会话控制者) 都可以中止一个正在进行的会话。 1 4 、呼叫建立 s i p 协议通过代理服务器完成振铃操作，通过消息的传送来完成主叫 方和被叫方的连接和参数的建立。 1 5 、呼叫处理 呼叫处理通过s i p 协议的重定向功能对呼叫进行转移，通过含有 c o n t a c t 头域的b y e 请求消息进行呼叫转移。我们还可以通过组播呼叫或 使用带有a ll 头域的i n v i t e 请求消息进行群呼。 2 、 sip 协议的组件 s i p 协议作为信令协议是实现下一代网络解决方案的核心技术。s i p 7 广东- f = 业大学硕七学位论文 网络采用i n t e r n e t 的c s ( 客户机服务器) 工作方式，s i p 网络包含两类组 件：用户代理( u s e ra g e n t ) 1 43 和网络服务器( n e t w o r ks e r v e r ) 1 5 1 16 l 。 2 1 、用户代理 用户代理又分为用户代理客户端( u s e ra g e n tc 1ie n t ) 和用户代理 服务器( u s e ra g e n ts e r v e r ) ，其中用户代理客户端用于发起s i p 呼叫， 而用户代理服务器则用于响应呼叫。用户代理客户端和用户代理服务器 构成了用户端必备的应用程序，由这两个应用程序完成呼叫的发起和接 收。 2 2 、网络服务器 网络服务器主要为用户代理提供注册、认证、路由等服务，分为代 理服务器( p r o x ys e r v e r 或p r o x y ) ，重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) ， 注册服务器( r e g is t e r ) 和定位服务器四种。 ( 1 ) 代理服务器 代理服务器类似于h t t p 的p r o x y $ 1s m t p 的m t a ( m e s s a g et r a n s f e r a g e n t ) ，有点像中继器，它本身并不对用户请求进行响应，只是转发用 户的中继器，然后将自身地址加入该消息的路径头部分，以保证将响应 按原路返回并防止环路的发生。p r o x y 分为有状态的( s t a t e f u l ) 和无状态 的( s t a t e l e s s ) 两类，有状态的p r o x y 会记录经其转发的呼叫的状态信息， 而无状态的代理服务器一旦将消息转发后就丢弃其状态信息，有状态的 p r o x y 通常位于s i p 网络的边缘，而无状态的p r o x y 位于网络的核心，因为 通常核心的p r o x y 需要处理大量的呼叫，不保留呼叫状态可大大提高系 统的处理能力。 ( 2 ) 重定位服务器 重定位服务器则提供地址解析服务，功能非常类似于d n s ，通常它 收到用户的请求后，若判定自身不是目的地址，则向用户响应下一个应 访问服务器的地址，而不是转发请求报文。 ( 3 ) 注册服务器 注册服务器接受终端的r e g is t e r 请求，记录终端的s i p 地址( s i p u r l ) 和i p 地址，注册服务器通常与代理服务器或重定向服务器位于同一 物理实体中。用户终端在启动后都需要进行注册，用于记录其当前的位 第二章基于s i p 的语音通信技术原理 置信息，这种基于注册服务器的转发特性是实现号码移动性服务的基础。 ( 4 ) 定位服务器 此外，在s i p 中还经常提到定位服务器( l o c a t i o ns e r v e r ) ，定位 服务器提供定位服务，作用是帮助s i p 重定向和代理服务器获得被叫方 的可能的位置信息，它可以和s i p 网络服务器结合在一起，但是定位服 务器并不属于s i p 服务器范畴。 3 、sip 的事务分类 所有的s i p 信令过程都由各种s i p 事务组成1 引。一个s i p 事务是 发生在客户和服务器之间的，包括从客户向服务器发出的第一个请求直 到服务器发给客户一个最后响应这期间所有的消息，s i p 是一个基于事 务的协议。按照是否包含i n v i t e 消息和是否是请求还是响应，事务又可 分为i c t 、n i c t 、i s t 、n i s t 四种： ( 1 ) i c t ( i n v i t ec 1 l e n tt r a n s a c t i o n ) 由客户端发出的i n v i t e 的请求事务，实际是由u a c 负责的事务。 ( 2 ) n i c t ( n o n - i n v i t e c li e n tt r a n s c a t i o n ) 由客户端发出的非i n v it e 请求事务，实际是由u a c 负责的事务。 ( 3 ) i s t ( i n v i t es e r v e rt r a n s a c t i o n ) 服务器对i n v it e 请求作出的响应事务，实际服务器或u a s 负责。 ( 4 ) n i s t ( n o n - i n v i t es e r v e rt r a n s a c ti o n ) 服务器对非i n v i t e 请求作出的响应事务，实际服务器或u a s 负责。 2 2 2s i p 协议的消息 s i p 采用文本编码格式，其消息分为两种：u a c 到u a s 的请求( r e q u e s t ) 消息：u a s 到u a c 的响应( r e s p o n s e ) 消息；它们共享一种格式，其结构如 图所示。 9 广东工业大学硕士学位论文 开始行：请求行或状态行 图2 2s i p 消息格式 f ig 2 - 2s i pm e ss a g ef o r m a t s i p 消息由一个开始行( s t a r t - ii n e ) 、一个或多个字段( f ie ld ) 组成 的消息头、一个标志消息头结束的空行( c r l f ) 以及作为可选项的消息体 ( m e s s a g eb o b y ) 组成，其中描述消息体( m e s s a g eb o d y ) 的头称为实体头 ( e n tit yh e a d e r ) 。开始行分请求行( r e q u e s t - l in e ) 和状态行 ( s t a t u s l i n e ) 两种，其中请求行是请求消息的开始行，状态行是响应消 息的开始行。消息头分通用头( g e n e r a l - h e a d e r ) 、请求头 ( r e q u e s t h e a d e r ) 、响应头( r e s p o n s e h e a d e r ) 和实体头( e n tit y h e a d e r ) 四种。 1 、s i p 消息 s i p 消息的格式如下。 r e q u e s t = r e q u e s t l i n e ( 请求行) g e n e r a l h e a d e r ( 通用头) r e q u e s t h e a d e r ( 请求头) e n t i t y h e a d e r ( 实体头) c r l f m e s s a g e b o d l m e s s a g eb o d y ( 消息体) 一 j ( 潲思体) 请求行( r e q u e s t l i n e ) 以方法( m e t h o d ) 标记开始，后面是 l o 第二章基于s i p 的语音通信技术原理 r e q u e s t u r l ，和协议版本( s i p - v e r s i o n ) ，最后以回车键结束，各个元素 间用空格键字符( s p ) 间隔。其请求行格式如下： r e q u e s t l i n e = m e t h o ds pr e q u e s t u r ls ps i p - v e r s i o nc r l f 在请 求行中，s i p 定义了以下六种基本的方法( m e t h o d s ) ： ( 1 ) i n v i t e ( 邀请) ：i n v i t e 方法用于邀请用户或服务参加一个会话。 ( 2 ) a c k ( 确认) ：由客户发出的a c k 请求用来确认它已经接收到服务器 的最后响应，如2 0 0 0 k 。 ( 3 ) o p t i o n s ( 选项) ：客户端通过发送o p t i o n 请求来获取服务器的性能。 服务器将发回它所支持的方法列表。有些情况下它也会在应答中 给出用户提到的性能集u r l ，同时给出它如何响应一个邀请。 ( 4 ) b y e ( 中止) ：请求用于中止一个呼叫，它既可由主叫代理发出，也 可由被叫代理发出。呼叫的一方在释放( 挂断) 呼叫前必须发出 b y e 请求，收到b y e 请求的这方必须停止发媒体流给发出b y e 请 求的这方。 ( 5 ) c a n e c l ( 取消) ：请求用于取消一个前面己发出的请求，即c a l1 一 i d ，t o ，f r o m 和c e s q ( 仅序列号) 字段值相同的正在进行的请求， 但取消不了己经完成的请求( 如果服务器返回一个最终状态响应， 则认为请求己完成) 。 ( 6 ) r e g i s t e r ( 注册) ：用于客户机向s i p 服务器注册列在t o 字段中 的地址信息。注册消息的服务器叫做注册器( r e g is t r a r ) 。 状态行( s t a t u s - - 1i t i e ) 以协议版本开始，接下来是用数字表示的状 态码( s t a t u s c o d e ) 及相关的文本说明，最后以回车键结束，各个元素 间用空格字符( s p ) 间隔，除了在最后的c r l f 序列中，这一行别的地方不 允许使用回车或换行字符。其状态行格式如下所示： s t a t u s - li t i e = s i p v e r s i o ns i p c o d es i p - p h r a s ec r l f s i p 协议中用三位整数的状态码( s t a t u s c o d e ) 和原因值 ( r e a s o n c o d e ) 来表示对请求的作出回答，状态码用于机器识别操作，原 因短语( r e a s o n p h r a s e ) 是对状态码的简单文字描述，用于人工识别操作。 状态码的第一个数字定义响应的类别，在s i p 2 0 中第一个数字有6 个 值，定义如下：其中l x x 响应为暂时响应( p r o v is i o n a l r e s p o n s e ) ，其它 广东工业大学硕士学位论文 响应为最终响应( f i n a l r e s p o n s e ) ，其响应如下表所示。 表2 3s i p 响应消息状态码 t a b l e2 3s i pr e s p o n s em e s s a g e 嚣荔篓7 息攀爰瑟菽封谤采? ，芷孝处建曦7 鍪蕴| ；? ，。| 嚣甄? 雹；尧?：等j 巍j 瑶峨奄? 。j t | “，? | 。j 0 蟹缝：j i ? ；龟毫宣| ? ；褫 2 x x成功请求被成功收到，理解和接受 i 霉焱i 黟警交定霞“辫i 鹈餮赣要速匆7 处理来完成蕞求笋攀；名雹攀嗲霪 瓤缫；缸? ，芦，o 编。巧j 囊趣，。盼渤二弘彩点? 。”f 岈“ 7 ，：玩。，铭 4 x x 客户方错误请求有语法错误，服务器无法完成 张燃：，j 。 ； ：。“节s * * ”、 ， 一”、 ，、静# * * * 一y j 强镱 辎x 。：。服务器错误7 ，。服务器出错，不能执符合法请求0 ，甏 6 x x全局失败此请求对任何服务均无效 2 、sip 消息头字段 s i p 协议的消息定义与h t t p 在语法规则和定义上很相似。每个头字 段都遵循以下格式；首先是字段名( f ie 1dn a m e ) ，字段名不分大小写， 后面是冒号，然后是字段值。 ( 1 ) 通用消息头( g e n e r a l h e a d e r ) 通用头字段在请求和应答中都会出 现，包含的字段有： c a l 卜i d ：用于呼叫的i d ，唯一标识特定邀请或某个客户机的注册请 求，一个多媒体会议可产生多个c a l 卜i d 不同的呼叫。 c s e q ：该字段用于标识服务器发出的不同请求，若c a li - i d 值相同， 那么c s e q 值必须各不相同。 t o ：有消息中都必须有t o 字段，此字段给出请求的目的收方。 f r o m ：这个字段在所有请求和响应中都必须存在，它包含一个可选 的请求发起者的显示名和地址。 v ia ：该字段给出请求消息迄今为止经过的路径。 c o n t a c t ：该字段给出一个u r l ，用户可以与此u r l 建立进一步的通 - 佰o d a t e ：反映首次发出请求或响应消息的时间，重发的消息与原先的 消息有相同的d a t a 字段值。 e n c r y p ti o n ：通过该字段表明内容经过了加密处理，加密为端到端的 加密。 1 2 第二章基于s i p 的语音通信技术原理 e x p i r e ：给出消息内容截止的日期和时间。 o r g a n i z a ti o n ：给出发出请求或响应消息的实体所属的组织名称。 r e c o r d - r o u t e ：给出一个全局可达r e q u e s t - u r i 用于标识代理服务 器。 t i m e - s t a m p ：给出客户机向服务器发出请求的时间。 u s e r - a g e n t ：含有与发起请求的用户代理客户机有关的信息。 3 、实体头字段( e n tit y - h e a d er ) 实体头字段用于定义与消息体相关的信息，其包括的字段如下： c o n t e n t e n c o d i n g ：表明消息体上添加应用的内容编码方式。 c o n t e n t l e n g t h ：表明消息体的大小。 c o n t e n t - t y p ：表明消息体的媒体类型。 4 、请求头字段( r e q u e s t h e a d er ) 用于客户机上传附加信息到服务器，包括有关请求和客户机本身的信息。 其包括的字段如下： a u t h o r iz a tio n ：用于用户代理向服务器鉴定自身身份。 h id e ：用于客户机表明其希望向后面的代理服务器或用户代理隐藏由 v i a 字段构成的路径。 m a x - f o r w o r d s ：表明请求消息允许被转发的次数。 p r i o r i t y ：用于客户机表明请求的紧急程度。 p r i o r i t y a u t h o r i z a t i o n ：用于客户机向要求省份认证的代理服务器 表明自身身份。 p r o x y r e q u i r e ：用于标识出代理必须支持的代理敏感特征。 r o u t e ：决定请求消息的路径。 r e q u i r e ：用于客户机告诉代理服务器为了正确让服务器处理请求，客 户机希望服务器支持的选项。 r e q u ir e - k e y ：用于给出被叫方用户代理加密响应消息所采用的密钥需 满足的要求。 s u b j e c t ：提供对呼叫的概述或表明呼叫的性质，可用于呼叫过滤。 5 、晌应头字段( r e s p o n s e _ h e a d e r ) 响应头字段用于服务器向r e q u e s t - u r l 指定的地址传送有关响应的附加 广东工业大学硕士学位论文 信息，其包括的字段如下： p r o x y a u t h e n ti c a t e ：必须为4 0 7 响应的一部分，字段中的值给出 适用于r e q u e s t u r l 的代理的认证体制和参 数。 r e t r y a f t e r ：字段可用于5 0 3 响应中，向发出请求的客户机表明服 务预计多久以后可以启用，用于4 0 4 ，6 0 0 ，6 0 3 响应中 表明被叫何时再有空。 s e r v e r ：含有用户代理服务器处理请求所使用的软件信息。 w a r n i n g ：用于传递与响应状态有关的附加信息。 w w w a u t h e n t i c a t e ：含于4 0 1 响应中，指出适用于r e q u e s t u r l 的 认证体制和参数。 2 2 3s i p 信令过程 1 、 注册过程 注册是s i p 中比较重要的信令过程，任何s i p 终端在启动或重启时 都要向注册服务器注册。用户a 向本地服务器注册的过程，可以看出注册 过程中用户a 用的n i c t 事务，服务器用的是n i s t 事务。 u l l u 日鼍r a | 蒜i “ p r o x v 图2 - 4s i pu a 注册过程 f i g 2 - 4s i pu ar e g is t e rp r o c e s s 2 、呼叫建立过程 s i p 呼叫信令过程一般可以分间直接进行呼叫、通过代理服务器呼 rn_1 叫“，下面就这两种方式对呼叫的信令过程进行介绍：为两种方式：