基于SIP协议VoIP客户端的设计与实现.doc

基于SIP协议VoIP客户端的设计与实现熊磊1张思发1 黄永峰2 ( 1. 中国地质大学计算机学院 武汉430074;2. 清华大学电子工程系网络研究所 北京100084)要: SIP协议作为下一代网络 ( N GN) 的重要协议,基于SIP的VoIP业务已经对传统话音业务形成了摘巨大的威胁, 具有很大的发展潜力。该文首先概述了SIP协议的结构和信令流程, 然后详细介绍了一种基于SIP 协议的VoIP客户端的设计与实现方法。 关键词: SIP; VoIP; H.3231 引言VoIP技术为基于IP网络的语音传输提供了强大而有很好的支持, 这些突出的优势使SIP得到了设备制造商和运营商的高度关注。有效的手段,以网络多媒体传输为主的宽带网成为计2 S IP 协议SIP协议是由IETF ( 国际互联网标准制定组织)制 定 的 面 向Internet 会 议 和 电 话 的 信 令 协 议 。 它 是算机网络发展的主流应用。VoIP是基于IP网络的语音通信, 它不仅是IP电话, 还是一个可以提供多样化服 务的平台。2000年前后, 国内的电信运营商就已经开始提供以H.323方式为主的VoIP业务,主要是将传统的Client/Server 结构的协议, 支持IPv4 和IPv6,用来建电话网络转化成IP网络, 以此来降低资费。2004年以后, 随着宽带的不断普及和宽带接入费用的不断降低, 基于会话初始化协议SIP ( Session Initiation Protoco)l 的VoIP ( Voice over IP) 开始成为应用的主流。SIP协议和H.323协议是VoIP的两个最重要的标 准。H.323 是由国际电联提出的一种兼顾传统PSTN( 公共交换电话网) 和IP网特点的标准体制。特别之 处就是吸取了电信网的组网、互联和运营经验, 能够 与PSTN 网以及其他应用网互联互通, 也正是这样H.323协议得到了广泛的应用。SIP协议由IETF提出, 与立、修改和终止两个或多个参与者参加的多媒体会话; 支持多媒体通信中的用户定位、用户可用性、性 能协商、会话建立、会话管理功能。2.1 S IP 中的实体按照逻辑功能区分, SIP系统可以划分为4个逻辑 实体: 用户代理、代理服务器、重定向服务器以及注 册服务器。用户代理UA ( User Agent) 是一个终端实体,该终端通过发送请求和响应请求来发起和中止一个会话, 或更改会话参数。RFC2543将用户代理定义为一图1 代理呼叫的SIP信令流程图2 重定向呼叫的SIP信令流程Agent Client)和用户代理服务器端UAS ( User AgentServer) , 前者用来发起SIP请求,根据用户的行为做出响应。代理服务器 ( Proxy Server)是 一 个 中 间 实 体 ,它同时充当服务器端和客户端, 负责接收UA发来 的 请 求 , 并 根 据 网 络 策 略 将 请 求 发 给 相 应 的 服 务后者在收到请求后器, 对收到的应答做出响应。如果需要的话,可用收到的消息改写后再发出去。它也重 定 向 服 务 器 ( Redirect Server)是 用 于 接 受SIP请求, 把目的地址映射到零个或多个新的地址,再江这些新地址返回给请求的发起者, 该请求的发 起 者 可 用 按 照 重 定 向 服 务 器 所 返 回 的 地 址 发 出 请求, 而重定向服务器本身并不发起任何SIP请求。注册服务器 ( Register)用于接受和处理用户端的注册请求, 完成用户地址信息的注册,并根据用户在请求消息中携带的信息更新本地数据库。2.2 S IP 协议的消息机制SIP消息分为两大类: 从客户端到服务器的请求( Request) 和从服务器到客户端的响应 ( Response) 。3 客户端的设计与实现系统按功能划分为核心控制模块、SIP模块、好 友管理模块、参数设置模块。无 论 是 请 求 消 息 还 是 响 应 消 息 ,都 是 由 起 始 行( Start- Line) 、消息头部 ( Message- Header)消息体 ( Message- Body) 构成。和可选的3.1核心控制模块控制模块是整个VoIP终端核心部分。主要功能包请求消息按请求行 ( 起始行) 分为Register登记联系信息; Invite邀请用户加入会话; ACK对请求成括对客户端状态进行控制、根据目前所处状态和收到的SIP 消息或用户的动作来决定下一步的状态选择、功后做出的确认; Cancel取消未完成的请求;话结束; Options询问服务器的性能。Bye会协调其他各模块之间的数据通信。客户端的用户代理 ( UAC)的状态机主要有初始响应消息按状态行 ( 起始行) 中的状态码 ( 3位) 分为1XX暂时响应; 2XX成功响应; 3XX重定状 态 ( IDLE) 、 对 方 正 在 处 理 ( CALL_PROCEED-ING) , 对方 正 在 响 铃 ( CALL_RINING) 、 呼 叫 失 败( CALL_FAILURE) 、呼叫已被应答 ( CALL_ ANSWE- RD) 、呼叫已建立 ( CALL_ESTABLISHED) ,会话已向响应; 4XX客户端出错;全局故障。2.3 S IP 协议呼叫方式5XX服务器出错;6XX( CALL_CLOSED)CALL_的状态经 结 束会 话 已 释(SIP 协 议 的 3 种 呼 叫 方 式 :用 户 代 理 客 户 机RELEASED) 。服务器端的用户代理 ( UAS)( UAC)向对方用户代理服务器 ( UAS)直接呼叫;由代理服务器代表用户代理向客户服务器发起代理 呼叫, 见图1 所示; 由用户代理客户机在重定向服务器的辅助下进行重定向呼叫, 见图2所示。有 : 初 始 状 态 ( IDLE) 、 收 到 新 的 呼 叫 ( CALL_NEW) 、 呼 叫 确 认 ( CALL_ACK) 、 呼 叫 已 建 立( CALL_ESTABL ISHED), 会 话 已 经 结 束 ( CALL_ CLOSED) 、会话已释 ( CALL_RELEASED) 。图3为用友发送即时消息、向在线好友发送会话请求。添加好友时用户所需要提供的信息包括: 用户标 识 ( ID) 、 通 用 资 源 标 识 符 URI ( Uniform ResourceIdentifier) 、电子邮件 ( Email)和联系方式 ( QQ) 。ID和URI两项信息是用户必须提交的信息,不允许为空, 其中URI是一种类似Email的地址, 由SIP服务器统一分配, 可以唯一标识某个UAC。用户在提交完整 的好友信息时, 系统首先会检查新加入的ID是否已经 被使用, 如果此ID已经存在, 则用户必须重新输入好友的ID。对于用户提交的URI系统会对其进行检查,图3 用户代理 ( UA)的状态转移示意图各个模块相对独立, 协调工作由核心控制模块来控 制 。 如 SIP 模 块 在 初 始 化 SIP 消 息 、 填 充 SDP ( Session Description Protocol会话描述协议) 内容时, 一些参数必须由参数设置模块得到, 控制模块则将这 些参数传递给SIP模块。隐藏模块只有在会话成功建判断该URI是否合法, 若系统判断为不合法,用户必须重新输入URI。好友信息提交成功后,好友的资料会被保存到相应的文件中。同时, 系统还会记录好友的个数, 以便进行好友信息显示、信息修改和删除的 操作。图4为好友管理的主界面。立之后才会被启动, 并在会话结束之前,须被停止。3.2 S IP 模块隐藏模块必该系统与SIP协议相关的内容有会话初始化、会话建立、会话参数修改、结束会话、登陆服务器、服 务器注销、发送即时消息、用户状态呈现。这些功能 是通过用户代理 ( UAC) 与SIP服务器之间, 或是用户 代理 ( UA) 与用户代理 ( UA) 之间的SIP消息传递来 实现的。上述内容中会话初始化是SIP的最基本应用。 会话初始化的过程是通过INVITE请求、200 OK 成功响应和ACK确认的3次握手来实现的。当主叫用 户 ( UAC) 发起呼叫时, 系统会构造一个SIP消息类型 ( EVENT- TYPE) 为INVITE的消息, 并发送给被图4 好友管理界面该客户端的好友状态为“On Line”和“Off Line”两种, 分别标识用户“在线”和“不在线”状态。好友状态呈现的功能是运用SIP的扩展协议实现的。在 路由直接转发SIP消息的情况下, 用户要知道好友的 状态, 则向好友发送SUBSCRIBE消息, 好友在收到SUBSCRIBE 消 息 后 首 先 应 答 200 OK,然 后 发 送叫 ( UAS) 。UAS收到请求后决定接收该呼叫,则发NOTIFY回应用户请求的状态信息。在通过SIP服务器来 转 发SIP 消 息 的 情 况 下 , 用 户 向SIP 服 务 器 发 送PUBLISH消息, 服务器收到PUBLISH消息后, 从本数 据 库 中 搜 索 用 户 请 求 的 好 友 的 状 态 , 然 后 通 过送一个成功响应 ( 200 OK) 的消息给UAC, UAC收到200OK后发送ACK确认, 会话成功建立。UAS发送BYE消息终止会话,UAC收到BYE回应200 OK终止图5 SUBSCR IBE 消息流 图6 PUBLISH消息流分功能的设计与实现。在客户端的设计与实现过程中充分体现了SIP协议便于实现、易于扩展的特性,与信息隐藏相结合, 使该客户端不仅具有一定的商业使用价值, 同时也具有相当大的科学研究价值。SIP的扩展空间庞大,这也使得该客户端有很大的改进的空间, 诸如多方通话、视频会议等功能方面还有待进一步的研究与实现。3.4 参数设置模块参数设置模块的作用是用户能根据自己的需要实 时的更改一些会话和隐秘通信的相关参数。该模块通 过属性页的方式来实现对参数的修改。这些参数包括: Log in页中的登陆SIP服务器的相关设置; Payload参考文献 1 M Handley, H Schulzrinne, E Schooler, et al.SIP: SessionIH页中隐秘通信的级别页中的语音编码方式的选择;Initiation Protocol. RFC3261, IETF,June 2002设置; Stun页中NAT穿透的相关设置;带内带外的选项。DTMF页中的2 MDay, J Rosenberg, H Sugano. A Model for Presence and InstantMessaging, RFC2778, 20003 45糜正琨.IP网络电话技术.北京: 人民优点出版社, 2000Daniel Collins.VoIP技术应用.人民邮电出版社, 2003秦臻立.基于软交换的SIP软终端的呀就和实现.光通讯研究,2005 ( 3) : 41- 436 高丽平, 邱志亮.Linux上基于SIP的软电话的设计与实现.北京电子科技学院学报, 2005 ( 13) 71- 74图7 参数设置界面4 结论本文介绍了SIP协议的系统结构和基本的SIP信令 流程, 详细介绍了一种基于SIP协议, 并且具有隐秘 通信功能的VoIP客户端的系统结构、模块划分以及部作者简介: 熊磊, 硕士研究生, 主要研究方向: 计算机网络与多媒体通信, 计算机网络安全, 信息隐藏及检测; 张思发, 教 授,主要研究方向: 网络通信与安全, 多媒体网络; 黄永峰,副教授, 博士, 主要研究方向: 互连网与多媒体通信。简讯TD 网络即将测试中国移动通信集团公司总裁王建宙表示, 中国移动目前已基本完成北京、上海、天津、沈阳、秦皇岛、广州、深圳、厦门8个城市扩大的T D- SCDMA规模网络技术应用试验网建设任务, 即将开始网络应 用的测试。王建宙是在召开的中国移动工作会议上作出上述表示的。他透露说, 2008年, 中国移动将继续 推动T D- SCDMA产业的发展, 进一下推进终端产品走向成熟, 加强重点业务的研发,