（计算机软件与理论专业论文）基于sip的p2p+ip网络电话系统的研究与设计.pdf

北京邮电大学硕士学位论文 基于s 口的p 凹口网络电话系统的研究与设计 基于s i p 的p 2 pi p 网络电话系统的研究与设计 摘要 v o i p 是下一代网络中一个极其重要的应用，作为构建v o i p 电话 系统信令协议之一的s i p 协议，以其突出的简单、灵活、分布式控制 和易于扩展等优点赢得了业界的青睐，尤其是在3 g p p 决定使用s i p 协议作为其多媒体域的控制协议之后，基于s i p 协议的研究成为i p 电话研究领域的热点。 目前，基于s i p 协议的i p 网络电话系统大部分是c s 结构的， 这种系统存在服务器的瓶颈问题，而且不容易在一个小环境( 如：紧 急通信或会议) 中迅速部署系统。本文所提出和研究的正是一种基于 s i p 的p 2 pi p 网络电话技术。对等网络( p e e r _ t o p e e r ，p 2 p ) 是没 有任何集中控制的分布式系统，系统中每个节点在功能上是等同的， 既是客户机又是服务器，没有主从之分，很好的解决了服务器瓶颈的 问题，且易于部署。 本文在分析和研究s i p 协议及c h o r d 算法的基础上，对s i p 协议 进行了支持p 2 p 的扩展，并对其中的关键的节点注册、资源定位等技 术进行了详细的研究，并在扩展的基础上提出了基于s i p 协议的p 2 p i p 网络电话系统的模型。 关键字：v o l ps i pp 2 pc h o r dp 2 p s i p 北京邮电大学硕士学位论文基于s i p 的p 2 pi p 网络电话系统的研究与设计 r e s e a r c ha n dd e s i g no fs i p b a s e d p 2 pi pt e l e p h o n ys y s t e m v 0 i pi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ta p p l i c a t i o n si nt l l en e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k s i p ( s e s s i o ni i l i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) i s o n eo ft h e s 蟾n a l 吨 p r o t o c 0 1 st od e v e l o pt h ev o i ps y s t e m s i pi ss i m p l e ，n e x i b l e ，d i s t f i b u t e d c o n t i d l e da n de a s yt ob ee x t e n d e d a d3 g p ph a sa d o p t e ds i pa st h e c o n t m l l i n gp r o t o c o lf o rt l l ei pm u l t i m e d i as u b s y s t e m 创lo ft h i sm a l 【e s r e s e a r c ho fs i pb ea s p o t l i g h ti nt l l ef i e l do f i pt e l e p h o n y sr e s e a r c h a tp r e s e n t ，m o s to ft h ei pt e i e p h o n ys y s t e m sw h i c hi sb a s e d 叽t h e s i pa r ec l i e n s e r v e rm o d e l t 1 1 e ( y sm o d e lh a s as e r i o u s p r o b l e m s e r v e r sb o t t l e n e c k a n di ti sd i m c u l tt od e p l o vt h es v s t e m r a p i d l yi nas m a ne n v ir 0 1 咖e n t 1 h em e s i sb 血祭o nt h ep e e r - t o p e e ri p t e l e p h o n ym o d l e t h e r ei sn o n eo fs e r v e r si l l t h ep 2 pm o d e l i ti sa d i s 仃i b u t e d n t f o ls y s t e m e v e r yn o d ei l lt h es y s t e m ，w h i c hh a st h es a m e f l l n c t i o n ，i s o to n l yad i e n tb u ta l s oas e n r e ls ot h e r ei sn ob o t e n e c t p r o b l e m a n di t se a s yt od e p l o yt i l ep 2 ps v s t c m t h et h e s i sf o c u s e so nan e ws i p b a s e dp e e r - t o p e e ri pt e l e p h o n v n a n a l y s e sa n dr e s e a r c h e st h es i pp r o t o c o la n dc h o r da l g o r i t l l m t h e ni t e x t e n d s 血es mp r o t o 1i no r d e rt os u p p o r tt l l ep 2 p a n di tm a k e sa t e s e a r c ho nt h en o d er c g i s t e r ，r e s o i l r c el o c a t i o ni nd e t a i l u p o nt 1 1 e s e r e s e a r c h s ，am o d e lo fas i p - b a s e dp 2 p 坤t e l e p h o n ys y s t e mh a sb e e n d e s i g n e d 。 k e y w o r d s ：v o ms 口p 2 pc h o r dp 2 p s i p 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他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。 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。 本人签名： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： l 丑至红 日期： 诬：曼旦一 导师签名： 北京邮电大学硕士学位论文基于s i p 的p 2 pi p 网络电话系统的研究与设计 1 1v r o i p 概述 1 1 1 、，o i p 的概念 第一章绪论 口( v o i c e0 v e rp ) ，又称为p 电话、因特网电话，指的是以分组的形式 传送语音数据。v o i p 是建立在i p 技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原 理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按 i i l 等相关协议进行打包，经过m 网络把数据包传输到目的接收端，接收端将这 些语音数据包串起来，经过语音解码解压处理后，恢复成原始的语音信号，以此 来达到通过口网络进行多媒体通信的目的。 1 9 9 5 年2 月，以色列的v o c a l t e c 公司推出了实现p c 到p c 的语音通信的口 电话软件一“l i l t e m e tp l 啪e ”，这标志着i p 网络电话的诞生。1 9 9 9 年，中国电信、 联通、网通都开始进行口网络电话的商用实验。 1 1 2v o 口电话实现方式 在实现方式上，p 有电话机到电话机、电话机到p c 、p c 到电话机和p c 到p c 等4 种方式。 最初v o p 方式主要是p c 到p c ，利用m 地址进行呼叫，通过语音压缩、打 包传送方式，实现因特网上p c 间的实时话音传送，话音压缩、编解码和打包均 通过p c 上的处理器、声卡、网卡等硬件资源完成，这种方式和公共电话通信有 很大的差异，且限定在因特网内，所以有很大的局限性。电话到电话即普通电话 经过电话交换机连到口电话网关，用电话号码穿过p 网进行呼叫，发送端网关 鉴别主叫用户，翻译电话号码网关口地址，发起口电话呼叫，连接到最靠近被 叫的网关，并完成话音编码和打包，接收端网关实现拆包、解码和连接被叫。对 于电话到p c 或是p c 到电话的情况，是由网关来完成口地址和电话号码的对应 和翻译，以及话音编解码和打包。 北京邮电大学硕士学位论文 基于s i p 的p 2 pi p 网络电话系统的研究与设计 1 1 3v o i p 电话关键技术 v o i p 的关键技术包括信令技术、编码技术、实时传输技术、服务质量( q o s ) 保证技术以及网络传输技术等。 1 ) 信令技术 信令技术保证电话呼叫的顺利实现和语音质量，目前被广泛接受的v o 口信 令体系包括r r u t 的h 3 2 3 协议族和t f 的会话初始化协议( s e s s i o nh l i t i a t i o n p r o t o c 0 1 ) 。 2 ) 编码技术 目前，主要的编码技术有r r u t 的g 7 1 1 、g 7 2 9 、g 7 2 3 1 等。q 7 2 9 可将经 过采样的6 4 k b i 怕的话音以几乎不失真的质量压缩至8 k b i t s 。 3 ) 实时传输技术 实时传输技术主要是采用实时传输协议r t p ( r e a l t i m et r a i l s p o r tp r o t o c 0 1 ) 。 r 即是提供端到端的包括音频在内的实时数据传输协议，r t p 有一个伴随的实时 传输控制协议，r t c p ( r e a l t i m et r a n s p o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) ，r t p 中包含真正的 语音分组，而r t c p 则是用于质量反馈的传输。 4 ) q o s ( q u a l i t v 。o f - s e r v i c e ) 保障技术 传统的口网络是不保证q o s 的，但对于实时性要求较高的语音业务，q o s 应该是最大问题之一了。在一个口网中，q o s 能够通过带宽、丢包率、时延和 抖动来衡量，为了提供较高的q o s ，口网需要为一个给定的对话或对话集提供 保障，目前常用的q o s 解决方案有资源预留、区分服务、q o s 策略等。 5 ) 网络传输技术 v o 口中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、网络管理技术以及安全认证。 1 1 4v o i p 的应用优势 1 ) 设备费用低 电路交换系统采用专有的交换机，这些交换机使用专有的硬件、专有的操作 系统、专有的应用软件，这些都需要昂贵的费用，而且维护这种专有系统也需要 花费大的费用。i p 网络电话系统的特点是：操作系统与硬件连接不紧，应用软 件又是分开的，且产品的选择范围很广，设备费用比电路交换产品的费用更低。 用户购买硬件设备和软件系统有很大的灵活性。 2 ) 带宽需求低 电路交换电话网基于奈奎斯特定理，以6 4 k b i t s 的速率传输语音，且使用严 2 北京邮电大学硕士学位论文基于s i p 的p 2 pm 网络电话系统的研究与设计 格的时分复用( t d m ，t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 机制，同一时间只能供一对 参与者使用，不管参与者在不在活动，只要不挂机，信道始终被占用，所以带宽 浪费严重。而在口网络电话中，采用了更为复杂的语音编码运算法则，使得语 音能以不同速率进行传输，比如3 2 k b i t s ，1 6 k b i t s ，8 k b i t s ，6 3 k b i t s 或5 3 k b i 佻。 甚至，这些编码技术中有些采用静音抑制技术，只有当通话者说话时，语音才通 过网络被传传送出去。由于在一个既定的时间内大多数通话都是一个人在听，一 个人在说，因此不传输静音，节省的带宽十分显著。 3 ) 通话费用低 从费用上讲，口电话的费用组成是：h t 啪e t 通信资费+ 市内电话通话资费+ 口 电话相关设备费用，由于h l t e m e t 资费和市话费都相当便宜，加上p 电话所占带 宽比较低的原因，所以与传统的电路交换的国际长途电话的成本比较相对也较 低。 4 ) 语音数据集成和高级服务 l p 是为数据业务制定的标准，当人们把这些性能和语音传输结合起来是， 人们很容易开发出两者集成的高级服务。如：可以很方便地在已有的数据网的平 台上加入语音信箱、交互式语音提示、自动话务员等功能；电子邮件的接收者只 需点击电子邮件的标题就能呼叫邮件的发送者等等新的服务。 1 1 5 v o 口的挑战 为了提供传统电路交换电话的可靠替代品，m 一定要提供同样的可靠性 和语音质量，必需满足“5 个9 ”的可靠性需求，即9 9 9 9 9 的可靠性要求。 1 ) 语音质量 m 中最重要的事情就是确保高语音质量。从一开始，口就是为数据传输 设计的，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。数据业务对此要求不高，但语音属于实时 业务，对时序、时延等有严格的要求。同时在高质量的语音中还有一个要素就是 语音编码方案。减少带宽，最小化时延，最小化丢包率，这些都是很好的衡量语 音编码方案的标准。 2 ) 网络的可靠性和灵活性 语音不仅要听起来清晰且没有明显的时延，而且语音服务也应该是随时提供 的。电话系统几乎不出现故障，而计算机网络看起来却常出现问题。如果v 0 m 想与现存的电话网络进行商业竞争的话，计算机网络必须非常稳定。v o i p 解决 方案要可以提供可靠性和灵活性。 3 ) 接入管理和业务优先级 3 北京邮电大学硕士学位论文基于s i p 的p 2 pi p 网络电话系统的研究与设计 v 0 口最大的优点就是使用单一网络支持范围很广的应用，包括数据、语音 和视频的能力。然而，这却带来一些问题，由于语音和数据具有不同的质量要求， 所以它们在网络中必须以不同方式进行处理，同时网络上不同类型业务必须采取 不同的方式进行处理，必须能够给某几种业务比其他业务更高的优先级。 i p 电话与传统电话的比较如下表1 1 ： i p 电话传统电路交换电话 传输媒体互联网( 1 1 1 t e m e t )公共电话交换网( p s t n ) 交换方式分组交换电路交换 带宽利用率局 低 使用费低尚 语音质量低局 1 2v b l p 的技术标准 表卜1i p 电话与传统电话的比较 鉴于i p 电话的巨大应用优势，世界范围内特别是电信业和计算机业的许多 组织和科研机构正在积极从事口电话技术标准的研究工作，其中最有影响的主 要有两个机构：国际电信联盟电信标准化部i t u - t 和因特网工程任务组t f ， 这两个机构各自提出了一个技术标准，即i t u t 提出的h 3 2 3 协议族和，r f 提 出的s 口( s e s s i o ni i l i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 协议。 1 2 1h 3 2 3 协议族 i t u 玎的主要研究成果是h 3 2 3 协议及其包含的相关协议。最初的v o 口系 统使用专用信令协议，显而易见的缺点是两个用户必须使用同一厂家的系统才能 进行通信。由于在不同厂商的系统之间缺乏互操作性，给使用带来了极大的不便， 从而阻碍了早期v o i p 的发展。针对这一问题，r r u t 提出了h 3 2 3 建议用 于v o i p 的标准化信令协议。它是由r r u _ t 第1 6 研究组提出的，当时研究h 3 2 3 协议的初衷是希望该协议用于多媒体会议系统，但实际上它却在口电话领域得 到广泛应用。h 3 2 3 是一个框架性协议，它是由系列协议组成的，如：h 3 2 3 、 h 2 2 5 o 、h 2 4 5 等。 h 3 2 3 协议是一个较为完备的建议书，它提供了一种集中处理和管理的工作 模式，这种工作模式与电信网的管理方式是适配的。 目前我国的i p 电话基本上采用h 3 2 3 协议，并将h 3 2 3 协议作为暂行标准。 但是h 3 2 3 协议的比重在逐年下降。 4 北京邮电大学硕士学位论文基于s i p 的p 2 p 口网络电话系统的研究与设计 1 2 2s 口协议 s i p 协议是由t f 提出并主持研究的一个在口网络上进行多媒体通信的应 用层控制协议，它被用来创建、修改和终止一个或多个参加者参加的会话进程， 是一套与h 3 2 3 平行的p 电话的体系结构。它是正t f 提出的建议中的一项，其 目的是替代h 3 2 3 的部分协议。 s 口协议最早的版本是1 9 9 9 年提出的r f c 2 5 4 3 ，经过几年的发展，m t f 于 2 0 0 2 年6 月重新制定并推出了s i p 协议r f c 3 2 6 1 ，作为s 坤协议新的核心协议 标准。 1 2 3s 口协议与h 3 2 3 协议的比较 虽然s 口和h 3 2 3 都可以作为多媒体通信的应用层控制( 信令) 协议，在口 电话中，它们实现的功能也基本相同，但是二者在应用中很很多的不同。h 3 2 3 协议推出的相对较早，发展比较成熟，它采用了传统的实现电话信令的模式，便 于与现有的电话网互通，但是相对复杂一些。s i p 协议借鉴了其它因特网标准和 协议的设计思想，有其简单、灵活、分布式控制和易于扩展等优点，与h 3 2 3 协 议相比，有以下优点： 首先，h 3 2 3 采用基于a s n 1 和压缩编码规则的二进制方法表示其消息，而 s 口是基于文本的协议。因此，s 口对以文本形式表示的消息的词法和语法分析 就比较简单。 其次，s 口会话请求过程和媒体协商过程是一起进行的，呼叫建立时间短： 而在h 3 2 3 中，呼叫建立过程和进行媒体参数协商的信令控制过程是分开进行 的，因此呼叫建立时间长。 再次，h 3 2 3 为实现新业务定义了专门的协议，如：h 4 5 0 1 、h 4 5 0 2 和h 4 5 0 3 等；而s 口只需要充分利用已定义的头域，必要时对头域进行简单扩展就能够很 方便地支持新业务。 最后，h 3 2 3 进行集中、层次式控制。尽管集中控制便于管理，如便于计费 和带宽管理等，但是当用于控制大型电话会议是，h 3 2 3 中执行会议控制的多点 控制单元很可能成为瓶颈；而s 口类似于其它的因特网协议，设计上就是为分布 式的呼叫模型服务的，具有分布式的组播功能。 1 3 课题背景 目前，i p 电话领域中广泛使用h 3 2 3 协议，但其比重逐年下降，而s i p 协议 5 北京邮电大学硕士学位论文基于s 口的p 2 pi p 网络电话系统的研究与设计 由于其简单、灵活、分布式控制和易于扩展等优点，使得基于s i p 的应用迅速向 前发展，特别是在3 g p p ( t h i r dg e n e r a t i o np a n n e r s h i pp r o j e c t 第三代伙伴计划) 中使用s i p 协议来支持语音和数据是s 口协议得以发展的另一个重要原因。因此， 很多设备厂商在建设n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e 似o r k 下一代网络) 的过程中开 始将n g n 的协议标准向s p 方向倾斜。 目前，基于s p 协议或h 3 2 3 协议族的i p 网络电话系统大部分是c s ( c 1 i e n t s e r v e r 客户机服务器) 结构的，如图1 1 所示，系统为每一个域提供一 个注册服务器，这个域的用户代理( 或i p 电话) 在此服务器注册它们的p 地址， 以便其它用户可以找到它。这种基于服务器的系统是采用传统的冗余方法或错误 溢出方法来达到可扩展性和可靠性，比如：d n s 、口地址接管、m a c 地址接管 或应用层转换。这种系统的主要开销在于系统的维护和配置，存在服务器的瓶颈 问题：一旦服务器出现问题，整个系统就不能正常运行；系统可扩展性差，服务 器的承载能力有限，当达到最大承载能力后，就不能接受新的用户代理的注册； 而且不容易在一个小环境( 如：紧急通信或会议) 中迅速部署系统。为此人们提 出了p 2 p 网络电话技术，基于p 2 p 的网路电话系统抛弃了中心服务器，很好的 解决了服务器瓶颈的问题，且易于部署。本文所提出和研究的正是一种基于s p 的p 2 p 口网络电话技术。 图卜1 基于客户机_ 月良务器结构的网络电话系统 1 4 本论文研究内容和结构安排 本文是对基于s i p 的p 2 pi p 网络电话系统的研究和设计，主要工作集中在 以下几个方面： 1 ) 详细剖析了v o i p 的关键技术之一s i p ，为了应用于p 2 p 覆盖网，对 其h e a d e r 进行了必要的扩展； 2 ) 对当今流行的p 2 p 系统资源定位算法一分布式哈希表( d i s t 抽u t e d h a s h 6 北京邮电大学硕士学位论文 基于s l p 的p 2 p 口网络电话系统的研究与设计 t a b l e ，d h t ) 算法进行了研究，详细介绍了c h o r d ； 3 ) 为支持c h o r d 算法，对s i p 进行了扩展，扩展了头域和u r i 参数； 4 ) 在对s 口及c h o r d 的研究的基础上提出了基于s 坤的p 2 pi p 网络电话的 模型。 本文内容安排如下： 第一章：绪论，主要介绍了课题研究背景、v 0 口概述及相关技术及本文的 主要研究内容； 第二章：s i p 协议介绍，主要介绍了v o i p 关键技术之一s 口协议、c s 网 络结构； 第三章：p 2 p 体系结构，主要介绍了p 2 p 的体系结构、资源定位算法； 第四章：对s 口扩展的详细描述，详细介绍了p 2 p 覆盖网的组成和维护、用 户注册和资源定位的方法和过程； 第五章：在第四章的基础上，提出了一种基于s i p 的p 2 p 口网络电话的模 型； 第六章：结束语，论文总结和需进一步研究的工作。 7 北京邮电大学硕 ：学位论文基于s i p 的p 2 pi p 网络电话系统的研究j 设计 第二章s i p 协议介绍 s 口是m t f 提出的在i p 网络上进行多媒体通信的应用层控制协议，利用s 口 可以实现会话的发起、建立和释放，并支持单播、组播和移动性，此外，s i p 还 可与s d p 配合，动态调整和修改会话属性，如通话带宽、传输媒体类型及媒体 的编解码格式，s i p 以其简单、灵活的特点越来越受到青睐，作为移动通信标准 化组织的3 g p p 已经决定在s 口协议基础上建立第三代移动通信的全i p 网络， 并要求未来的3 g 终端支持s p 。 2 1s l p 网络体系 s 口网络采用i n t e m e t 的客户机朋艮务器工作方式，网络结构如图2 1 所示。 s i p 注册、代理和重 定向服务器 2 1 1s 璎功能实体 图2 1s i pc s 系统结构 s i p 网络体系中存在不同的网络实体，以完成相应的功能。 1 ) 用户代理( u s e r a g e n t ，u a ) 用户代理是直接和用户发生交互作用的功能实体，它能够代理用户的所有请 求或响应。从客户机胡艮务器的角度讲，用户代理分为用户代理客户端( u s e r a g e n t c i i e n t ，u a c ) 和用户代理服务器( u s e r a g e n ts e r v e r ，u a s ) ，其中u a c 负责发 起s i p 呼叫请求，u a s 负责对呼叫请求做出响应。u a c 和u a s 是相对于事务而 言的，由于一个呼叫中会存在多个事务，因此对于同一功能实体，在同一个呼叫 8 北京邮电大学硕士学位论文基于s l p 的p 2 pi p 网络电话系统的研究与设计 中的不同阶段会充当不同的角色。例如，主叫用户在发起呼叫时，逻辑上完成 u a c 的功能，并在此事务中充当的角色都是u a c ；当呼叫结束时，如果被叫方 发起b v e ，此时主叫用户侧的代理所起的作用是u a s 。 用户代理可以执行在不同的系统中。例如，可以是p c 机上的一个应用程序， 也可以运行在s 口终端上。用户发起呼叫时，首先通过u a c 来完成自己所表达 的意思，同样道理，u a s 会告诉被叫用户当前正有请求到达。 2 ) b 2 b u a ( b a c kt ob a c ku s e r a g e n t ) b 2 b u a 从字面上理解是一种背靠背的用户代理。实际上，首先终止一个呼 叫，然后重新发起一个呼叫，此时表征呼叫的参数( c a l l i d ) 可能会发生改变。 具体实现上，b 2 b u a 不仅具备客户代理功能，同时还可以扩展出一些其它 功能，例如代理服务器所具有的分叉( f o r k ) 功能，电信运营所具有的计费功能， 以及开放的a p i 等等，因此从功能上来讲，既具备用户代理功能，又具有代理服 务器的功能。 3 ) 代理服务器( p r o x ys e e r 或p r o x y ) p r o x y 提供路由功能，负责将s 口用户请求和响应转发到相应的下一跳。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 会纪录 经其转发的呼叫的状态信息，而无状态的p r 0 x y 一旦将信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 口网络的边缘，而无状态的p r 0 x y 位于网络的 核心，因为通常核心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。 4 ) 重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) 重定向服务器的作用是能够将用户当前新的位置告诉请求方，这是与代理服 务器的本质区别。逻辑位置上，重定向服务器一般靠近被叫用户。当重定向服务 器接受用户的请求时，它只是将用户当前的位置告诉请求方，而不像代理服务器 那样代理用户的请求。它的功能实际上相当于域名系统( d 0 m 如n a m es v s t e m ， d n s ) 。 重定向消息可以由用户终端的客户端发出，也可以由网络中的服务器发出。 当用户当前不想接受呼叫时，可以通过发送此消息，告诉网络中的服务器将呼叫 重新路由到个人语音信箱或其它通信地址，如果不想受终端限制( 如果通过终端 发送此消息，必须保证终端在线) ，重定向消息可以由网络中的服务器发出。 5 ) 注册服务器( r e 西s t r a rs e r v e r ) 当用户登录或到某个新域时，需要将当前位置登记到网络中的某一个服务器 上，以便其它用户找到该用户，完成该功能的服务器在s i p 网络中称为注册服务 器。 9 北京邮电火学硕：二学位论文基于s i p 的p 2 p i p 网络电话系统的研究与设计 用户在进行注册时，服务器需要对用户进行鉴权认证，只有鉴权通过才认为 该用户为网络中的合法用户。 为了确保网络对用户终端的可控性，每个成功的注册信息都有一定的存亡周 期。如果用户终端在存亡周期内能够对该位置信息进行更新，说明该位置信息当 前有效；如果存亡周期终了时，用户终端没有将此消息进行更新，那么注册服务 器会认为当前的位置信息对该用户无效。这样就可以避免用户由于异常情况而不 能将位置信息注销的情况。 s 口能够实现强大的业务，在一定程度上也取决于s p 网络中注册功能的强 大。例如同一个用户可以将自己注册成多个地址( 同一个s i p 地址下的多个别名 地址) ，由此实现分叉业务。也允许用户将自己的地址主动注销，这样便于用户 在不同的场合使用不同地点的终端。同时还允许第三方注册，该功能可以实现类 似于秘书为老板提供注册的业务。在漫游实现上，注册服务器也起着相当重要的 作用。 6 ) 位置服务器( l o c a t i o ns e r v e r ) 完成用户数据的存储，从严格意义上讲，该实体并不是s 口网络申的功能实 体，但是以上所提到的注册服务器、代理服务器、重定向服务器等设备在实现位 置服务时都要与位置服务器相配合。 2 1 2s 邛基本功能 s 口基本功能主要有下列5 个方面： 用户定位( u s e rl o c a t i o n ) ：决定哪个终端系统参加通信。 用户能力( u s e rc a p a b i l i t i e s ) ：决定通信所采用的媒体和媒体参数。 用户可用性( u s e ra v a i l a b i l i t l 5 ，) ：决定被叫方是否愿意加入通信过程。 呼叫建立( c a l ls e t u p ) ：振铃、主叫方和被叫方的连接和参数的建立。 呼叫处理( c a l lh a l l d l i n g ) ：前转或终结呼叫。 2 2s l p 协议分层结构 为了方便协议的描述和理解，s 口协议将其协议定义为如图2 2 所示的四层： 语法和编码层( s y n t a xa n de n c o d i n 酚，传输层( t r a l l s p o r tl a y e r ) ，事务层( t r a l l s a c t i o n l 矗y e r ) 和事务用户层( t r a l l s a c t i o nu s e r ) 。 1 0 北京邮电大学硕士学位论文基于s i p 的p 2 pi p 网络电话系统的研究与设计 事务用户层 传输层 语法和编码层 图2 2s i p 四层结构 语法和编码层定义了s i p 协议使用的各种参数、消息的结构、语法和格式。 编码采用扩充的巴柯斯范式( b n f ： b a c k u sn o 咖a lf 0 曲) 来描述。 传输层( t r 锄s p o nl a y e r ) 定义了客户端如何发送请求和接收响应，也定义 了服务器如何接收请求和发送响应。传输层负责对端到端的连接进行管理。所有 的s 口功能实体都必须包含传输层，必须支持t c p 和u d p 作为传输协议。 事务层( t r 飙s a c t i o nl a y e r ) 负责保存事务的状态，处理应用层的重传和超 时，以实现消息的可靠传输。事务层还要负责匹配一个请求消息的所有响应。无 状态的代理服务器不含该层。而用户代理、有状态的代理服务器和注册服务器都 建立在事务层之上。在图2 2 中，无状态的代理服务器直接使用传输层提供的服 务进行消息转发。 最上层是事务用户层( t r 觚s a c t i o nu s e rl a y e r ) ，除无状态的代理服务器外， 所有实体都是事务用户。这些事务用户利用事务层提供的服务来实现各自的功 能。比如当事务用户想要发送一个请求消息时，它创建一个客户事务，然后把请 求消息、目的口地址、端口号交给该事务，该客户事务负责把消息可靠地发送 到目的地。 2 3s i p 消息 s p 采用文本编码格式，其消息分为两种：u a c 到u 峪的请求( r e q u e s t ) 和u a s 到u a c 的响应( r e s p o n s e ) ，消息包括消息头和消息体两部分。 s i p 消息由一个起始行( s t a n 1 i n e ) 、一个或多个字段( f i e l d ) 组成的消息头 ( m e s s a g e - h e a d e r ) 、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 d 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 t i t yh e a d e r ) 。 g e n e r i c - m e s s a g e = s t a n l i n e 牢m e s s a g e - h e a d e r c r if 北京邮电大学硕士学位论文基于s 口的p 2 p i p 网络电话系统的研究与设计 【m e s s a g e - b o d y 】 起始行分请求行( r e q u e s t 一1 i n e ) 和状态行( s t a t u s 一1 i n e ) 两种，其中请求行 是请求消息的起始行，状态行是响应消息的起始行。 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 t i t y - h e a d e r ) 四种。 2 3 1s 口请求消息 请求消息的格式如下： r e q u e s t = r e q u e s t u n e 宰( g e n e r a l - h e a d e r ir e q u e s t - h e a d e r ie n t i t y - h e a d e r ) c r l f 【m e s s a g e - b o d y 】 请求行( r e d u e s t l 妇e ) 以方法( m e t h o d ) 标记开始，后面是r e q u e s t 。u r i 和 协议版本( s m 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间隔。 r e q u e s t l m e = m e t h o ds pr e q u e s t - u r is ps i p v b r s i o nc r l f s i p 请求消息的消息头由请求行和一个或多个字段( f i e l d ) 组成，请求行中 的一个重要元素为方法( m e t h o d ) ，s d 定义了以下7 种方法。 1 ) d n 忸 v i t e 方法用于邀请用户或服务参加一个会话。在矾请求的消息体 中可对被叫方被邀请参加的会话加以描述，如主叫方能收到的媒体类型、发出的 媒体类型及其一些参数；对烈珊请求的成功响应必须在响应的消息体中说明 被叫方愿意接收哪种媒体，或者说明被叫方发出的媒体。 2 ) a c k a c k 请求用于客户机向服务器证实它已经收到了对d i t e 请求的最终响 应。a c k 只和d m 请求一起使用。对2 x x 最终响应的证实由客户机用户代 理发出，对其它最终响应得证实由收到响应的第一个代理或第一个客户机用户代 理发出。a c k 请求的t o 、f 如m 、c a l l 。i d 、c s e q 字段的值由对应的i n v i t e 请求 的相应字段的值复制而来。 3 ) o p t i o n s o p t i o n s 用于向服务器查询其能力。如果服务器认为它能与用户联系，则 可用一个能力集响应o p n o n s 请求；对于代理和重定向服务器只要转发此请求， 不用显示其能力。 1 2 北京邮电大学硕士学位论文基于s 口的p 2 pi p 网络电话系统的研究与设计 o p 耵o n s 的f r o m 、t 0 分别包含主被叫的地址信息，对o 阿o n s 请求的响 应中的f i r o m 、t o ( 可能加上t a g 参数) 、c a l l i d 字段的值由o p l r i o n s 请求中的 字段值复制得到。 4 ) b y e 用户代理客户机用b y e 请求向服务器表明它想释放呼叫。b y e 请求可以像 i n v i t e 请求那样被转发，可由主叫方发出也可由被叫方发出。呼叫的一方在释 放( 挂断) 呼叫前必须发出b 请求，收到b y e 请求的一方必须停止发媒体流 给发出b y e 请求的这方。 5 ) c a n c e l q 气n c e l 请求用于取消一个c a l l i d 、t o 、f 如m 和c s e q ( 仅序列号) 字段 值相同的正在进行的请求，但取消不了已经完成的请求( 如果服务器返回一个最 终状态响应，则认为请求已完成) 。 q 气n c e l 请求中的c a l l i d 、t 0 、c s e q 的数字部分及f r o m 字段和原请求的 对应字段值相同，从而使q 埘c e l 请求与它要取消的请求匹配。 6 ) r e g i s t e r 。 r e g i s l e r 方法用于客户机向s 口服务器注册列在t o 字段中的地址信息。 r e g i s t e r 请求消息头中各个字段的含义定义如下： t 0 ：含要创建或更新的注册的地址记录。 f r o m ：含提出注册的用户的地址记录。 r e q u e s t u r i ：注册请求的目的地址，地址的域部分的值即为主管注册者 所在的域，而主机部分必须为空。一般，r e q u e s t u r i 中的地址的域部 分的值和t 0 中的地址的域部分的值相同。 c a l l m ：用于标识特定客户机的注册请求。来自同一个客户机的注册请 求至少在相同重启周期内c a l l i d 字段值应该相同；用户可用不同的 c a l l d 值注册不同的地址，后面的注册请求将替换前面的所有请求。 c s e q ：c a l l d 字段值相同的注册请求的c s e q 字段值必须是递增的，但 次序无关系，服务器并不拒绝无序请求。 c o n t a c t ：此字段是可选项；用于把以后发送到t o 字段中的u r i 的非注 册请求转到c o n t a c t 字段给出的位置那里。如果请求中没有c o n t a c t 字段， 那么注册保持不变。 e x p i r e s ：表示注册的截止期。 7 ) d 汴o 玳f o 方法是对s i p 协议的扩展，用于传递会话中产生的与会话相关的控制 信息，如i s u p 和i s d n 信令信息，有关此方法的使用还有待标准化。 北京邮电大学硕：t 学位论文基于s i p 的p 2 pi p 网络电话系统的研究与设计 2 3 2s 口响应消息 响应消息格式如下： r e s p o n s e = s t a t u s l i n e 宰 ( g e n e r a l 一h e a d e r ir e s p o n s e h e a d e r ie n t i t y _ h e a d e r ) c r u r1 【m e s s a g e - b o d yj 状态行( s t a t u s i j n 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 u 序列中，这一行别的地方不允许使用回车或换 行字符。 s t a t u s i i n e = s i p v e r s i o ns ps t a t u s c o d es pr e a s o n 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 ) 和原因短语( r e a s o n p l l r a s e ) 来表示对请求作出的回答，状态码用于机器识别操作，原因短语是对状态码的简 单文字描述，用于人工识别操作。如下： s t a t u s 。c o d e = 1 x x ( h l f o 珊a t i o n a l ) l2 x x ( s u c c e s s ) i3 x x ( r e d i r e c t i o n ) i4 x x ( c h e i l t - e 玎o r ) l5 x x ( s e r v e r e r i d r ) l6 x x ( g 1 0 b a l e 玎o r ) ie x t e n s i o n c o d e 状态码的第一个数字定义响应的类别，在s 口，2 o 中第一个数字有6 个值， 定义如下： 1 x x ：i n f o m a t i 咖a l 请求已经到达、继续处理请求。 2 】| 【x ：s u c c e s s 一动作已经成功地收到、理解并接受。 3 x x ：r e d i r e c t i o n 为了完成请求，还需要进行下一步动作，一般用在 重定向功能。 4 ) 【x ：c l i e n te n o r 一请求有语法错误或不能被服务器执行。客户机需要 修改请求，然后再重发请求。 5 x x ：s e r v e re r 】r o r 服务器出错，不能执行合法请求。 6 x x ：g l o b a l e 1 1 o r 一网络中所有服务器都不能执行请求。 其中1 x x 响应为临时响应( p r