（信号与信息处理专业论文）基于p2psip的voip系统研究与设计.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 近年来，v o d 由于其费用低、占用带宽小等优势取得了高速的发展，大有取代 传统语音业务的趋势。s i p 是v o d 的主要信令协议之一，凭借其结构简单、易扩展、 易实现等特性对p 的发展起了重要的推动作用。同时p 2 p 技术也因为其具有易 于扩展、分布式查找功能和健壮性等特点，成为目前互联网中应用得比较广的一个 主流技术。s i p 协议和p 2 p 技术的结合能将p 2 p 技术引入s i p 网络电话，可以充分 发挥两者的优势，有效解决传统s i p 模式v o d 的单点失效、性能瓶颈等问题，提供 更加优质的v o p 服务。 首先，本文简单介绍了s i p 协议，对s i p 的网络架构、消息格式和处理流程进 行分析和说明，同时对p 2 p 技术的几种网络拓扑结构进行了对比并分析。 其次，针对c h o r d 存在路由表信息冗余、查找效率不高的问题，给出了一种改 进的c h o r d 查找节点算法。在不增加路由表长度的前提下，将路由表中的重复表项 删除，同时增加一些数目的反向路由，变单向查找为双向查找，使其结点定位效率 更高。理论分析了该优化算法的可行性，p 2 p s i m 仿真结果显示了该改进算法的优 越性。 最后，针对传统s i p 模式的v o i p 存在“单点失效 和“性能瓶颈”等问题，在 s i p 中引入p 2 p 技术来解决该问题。针对当前的两种主要的s i p 和p 2 p 的结合方式： s i p u s i n g - p 2 p 方式和p 2 p o v e r - s i p 方式，在p 2 p s i p 通信模型的架构基础上，设计 了基于c h o r d 模型的v o p 通信系统，并对s i p 进行了扩展，重新定义了相关的s i p 消息。该模型的c h o r d 模块节点定位使用双向查找算法，加快了查找速度。对各个 模块进行分析说明，并从节点的加入、注册、离开来着重阐述c h o r d 模块。针对丢 包率、呼叫建立时延、呼叫撤销时延、语音时延四个角度对系统进行测试和分析， 测试结果证明该系统已基本达到语音通信要求。 关键词：v 0 口，s i p ，p 2 p ，c h o r d 算法 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，v 0 口h a sa c h i e v e dar a p i dd e v e l o p m e n tb e c a u s eo fi t sl o wc o s ta n d l o wo c c u p a t i o no ft h eb r o a d b a n d a n dv 0 ps h o w e sag r e e tt r e n dt or e p l a c et r a d i t i o n a l v o i c es e r v i c e s s i pi so n eo ft h em a i ns i g n a l i n gp r o t o c o l so fv o i p , w i t hi t ss i m p l ea n d e a s ye x p a n d i n gf e a t u r e s ，s i pp l a y s a ni m p o r t a n tr o l eo nt h ed e v e l o p m e n to fv 0 m s i m u l t a n e o u s l y , p 2 pb e c o m e sam a i nt e c h n o l o g yi ni n t e m e ta p p l i c a t i o nb e c a u s eo fi t s e a s ye x p e d i t i o na n dd i s t r i b u t e ds e a r c h i n gc a p a b i l i t i e s t h ec o m b i n a t i o no fs i pp r o t o c o l a n dp 2 pt e c h n o l o g yc a nb eu t i l i z e dt os o l v e i n v a l i d n e s so fs i n g l ep o i n t a n d b o t t l e n e c k p r o b l e m se x i s t e di nv o i p w i t ht r a d i t i o n a ls i pm o d em o r ee f f e c t i v e l y i nt h i s p a p e r , f i r s t l y , s i pp r o t o c o l i s b r i e f l yi n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gn e t w o r k a r c h i t e c t u r e ，m e s s a g e f o r m a ta n dp r o c e s s i n g ，s e v e r a ln e t w o r kt o p o l o g i e so fp 2 p t e c h n o l o g yi sa l s op r e s e n t e d , a n dc o m p a r e dm u t u a l l y s e c o n d l y , a ni m p r o v e dc h o r dm u t i n ga l g o r i t h mi sp r o p o s e di no r d e rt os e t t l et h e e x i s t i n gi s s u e sw h i c ha r es e r i o u si n f o r m a t i o nr e d u n d a n c yo c c u r r e n c ea n dl o we f f i c i e n c y i nc h o r dr o u t i n gt a b l e o nt h ep r e m i s eo fn o ti n c r e a s i n gt h el e n g t ho fr o u t i n gt a b l e ， r e p e t i t i o u se n t r i e sa l ed e l e t e da n ds i m u l t a n e o u s l ya n t i c l o c k w i s er o u t i n gi si n c r e a s e dt o m a k eu n i d i r e c t i o n a ls e a r c ht u r ni n t ob i d i r e c i o n a ls e a r c hs oa st oa c h i e v eh i g he f f i c i e n c y t h ef e a s i b i l i t yo fp r o p o s e da l g o r i t h mi sa n a l y s e dt h e o r e t i c a l l y t h es u p e r i o r i t yo ft h e p r o p o s e di m p r o v e da l g o r i t h m i se x p o s e dt h r o u g hp 2 p s i ms i m u l a t i o nr e s u l t s f i n a l l y , p 2 pi su t i l i z e di ns i pi no r d e rt os o l v e i n v a l i d n e s so fs i n g l ep o i n t a n d b o t t l e n e c k p r o b l e m se x i s t e di nv o i p 、析n 1t r a d i t i o n a ls i pm o d e i nv i e wo ft h ec u r r e n t t w om a i nt y p e so ft h ec o m b i n a t i o no ft h es i pa n dp 2 pm o d e s ：s i p u s i n g - p 2 pm o d ea n d p 2 p o v e r - s i pm o d e ，a c c o r d i n gt oa p r o p e rp 2 pn e t w o r km o d e l ，av 0 口c o m m u n i c a t i o n s y s t e mb a s e do nc h o r dm o d u l ei sd e s i g n e di nt h i sp a p e r , e x p a n d i n gs i pa n dr e d e f i n i n g r e l a t e ds i pn e w s b i d i r e c i o n a ls e a r c ha l g o r i t h mi su t i l i z e df o rn o d el o c a l i z a t i o ni nc h o r d m o d u l et oi m p r o v et h es e a r c he f f i c i e n c y , g i v i n ga d e t a i la n a l y s i sf o re a c hm o d u l ea n dt h e n t h ec h o r dm o d u l ei sf o r m u l a t e dt h r o u g hp a r t i c i p a t i o n ，r e g i s t r a t i o na n d d e p a r t u r eo f n o d e s s u b s e q u e n t l y , t h ew h o l es y s t e mi st e s t e dv i ap a c k e tl o s sr a t e ，c a l l i n gs e t - u pd e l a y , c a l l i n g r e v o k e dd e l a y , a n ds p e e c hd e l a y t h er e s u l t sv e r i f yt h a tt h ed e s i g n e ds y s t e mb a s i c a l l y a c h i e v ev o i c ec o m m u n i c a t i o nr e q u i r e m e n t s k e yw o r d s ：v o 皿s i p , p 2 p , c h o r dr o u t i n ga l g o r i t h m i i 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景和意义 第一章绪论 随着网络技术与数字通信技术的高速发展，v o p ( v o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 技术也得到了快速发展，与传统电话相比，它不但成本低廉、网络资源利用率高， 并且可以通过数据、语音、图像等多媒体信息进行实时交互式通信，v o l p 取代传统 语音业务已成为大势所趋。 当前v o p 主要有两种信令协议，一是因特网工程任务组i e t f 的会话发起协议 s i p ，另外一种是国际电信联盟标准化部1 1 u - t 的h 3 2 3 1 】系列标准。h 3 2 3 是比较 复杂的通信协议族，采用集中控制方式，理解和实现起来都比较复杂，它沿用了传 统的电话信令模式，但传输方式由电路交换变成了分组交换。而s i p 协议语法分析 简单，它采用基于文本的编码方式，使其消息具有很好的可读性，并且呼叫建立时 间短、适用于分布式控制，且易于扩展。s i p 协议对v o p 的发展起了至关重要的作 用，当前，很多组织都在致力于s i p 的研究。 然而，s i p 本身也存在一些不足，在特定区域内的用户共同拥有一台s i p 服务 器，所有用户通过这一台域内服务器接入s i p 网络，如果用户所在域内的s i p 服务 器出现故障，则该域内的用户就无法使用s i p 服务，出现“单点失效 问题。另一 方面，当某个域内的用户数目很大时，单台服务器就会性能不足，如果使用多台服 务器来提升性能，则会因为维护各个服务器间的数据同步性与一致性而降低性能， 还会增加配置的复杂性，导致提升空间有限，故出现“性能瓶颈”问题。 在此同时，p 2 p 【2 】技术作为一种新兴的网络技术也得到了飞速发展，它能很好的 解决传统c s 结构的缺点。p 2 p 网络可以不需要集中服务器，具有分布式查找功能 和自组织性、易于扩展，并且单个节点的失效对网络影响很小。将p 2 p 和s i p 融合 起来，利用p 2 p 的优势克服了s i p 系统集中式的系统结构带来的单点失效，性能瓶 颈等问题。因此，研究有效的机制将p 2 p 与s i p 相结合，建立一个安全新架构的 p 2 p - s i p 的v 0 p 网络通信模型，可以大大提高v o p 系统的性能，对于v o p 技术的 发展有着十分重要的现实意义。而作为p 2 p 技术的一种典型的d h t - - c h o r d 算法， 其查询方向单一，效率有待提高。 本文是在这样的背景下产生的：在深圳唯科通信技术有限公司参与w k 3 6 0 0 项 目的过程中，与p 2 p 技术进行结合方面进行深入研究，在国内外相关研究的基础上 结合公司的研发项目以及自己的经验，完成本论文。 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 2 国内外s i p 与p 2 p 技术研究现状 s i p ( s e s s i o n i n i t i a lp r o t o c 0 1 ) 3 】会话发起协议，最早在二十世纪九十年代中期被提 出，随后i e t f ( i n t e r a c te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 发布了第一个s i p 规范，即r f c 2 5 4 3 。 在2 0 0 2 年提出新的版本r f c 3 2 6 1 ，这标志着s i p 的基础已正式确立，到最新的 r f c 5 4 7 9 ，其间共提出了上百个有关的s i p 草案。 目前，p 2 p 技术是非常热门的应用，自1 9 9 9 年以来，p 2 p 的研究一直是国外知 名学府( 如美国麻省理工学院，加州大学伯克利分校等) 以及知名企业研发机构( 如 微软、诺基亚的研究院等) 关注的重点，它甚至被财富杂志列为改变因特网发 展的四大新技术【4 】。当前比较多的经典的p 2 p 模型主要有：i z 泷a 5 1 、t a p e s t r y l 6 1 、 k a d e m l i a t 7 1 、c h o r d 、c a n t 8 1 、p a s t r y _ 【9 】等。 p 2 p s i p 的研究也非常活跃，t f 成立了一个专f - j d , 组讨论p 2 p s i p 1 0 1 ，该小组 已经提出一个新的互联网草案协议：a p 2 p a p p r o a c ht os i pr e g i s t r a t i o na n dr e s o u r c e l o c a t i o n 1 1 】。该草案讨论了基于c h o r d 的p 2 p s i p 系统如何通过扩展s i p 的注册请求 来定位s i p 节点【l2 1 。哥伦比亚大学的k s i n 曲和s c h u l z r i n n e 也提出了p 2 p s i p 协议 【1 3 1 。目前s i p 和p 2 p 结合的方式主要有两种：一是利用现成的p 2 p 协议代替s i p 系 统中的用户注册和查询，即s i p u s i n g p 2 p 方式；二是p 2 p 和s i p 业务都由s i p 消息 来承载，利用p 2 p 算法来实现s i p 用户的注册和查询，即p 2 p - o v e r - s i p 方式。 当前v o i p 市场已经培养出强大的新兴电信运营商，使电信企业的传统业务面临 着大的挑战。s k y p e 就是一款基于k a z z a 的p 2 p 构架的成功语音应用【1 4 1 ，据统计， 当前8 的国际长途电话流s k y p e 贡献，移动话音业务也逐步基于p 提供，终端嵌 入v 0 口功能将成为普遍现象，按用户数统计，2 0 1 0 年s l o j p e 已是全球第二，仅次 于中国移动，其用户增速超过传统电信运营商。 1 3 论文研究内容及其结构安排 本文主要研究了当前v o i p 的主流信令协议s i p ，同时分析了几种不同的p 2 p 网 络拓扑结构，着重研究了c h o r d 模型，并对其查找算法进行了初步改进，并通过 p 2 p s i m 对其进行仿真。由于传统s i p 模式的v o p 存在“单点失效 和“性能瓶颈” 等问题，故在s i p 中引入p 2 p 技术来解决该问题。本文在选取合适的p 2 p 网络模型 上，设计基于c h o r d 模型的v 0 m 系统，并对系统的部分性能进行测试和分析。具体 章节安排如下： 第一章：绪论。主要包括本课题的研究背景意义、国内外研究现状以及主要研 究内容和章节安排。 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 第二章：p 概述及s i p 协议和p 2 p 网络技术介绍。对v 0 m 进行了概述，对 s i p 协议进行了研究，包括对s i p 的网络架构、消息格式和处理流程进行了介绍， 同时介绍了p 2 p 技术的几种网络拓扑结构并进行了对比分析。 第三章：c h o r d 算法分析及优化。分析了c h o r d 算法，优化c h o r d 查找节点算 法，通过理论分析其可行性，并通过仿真工具验证优化后的算法。 第四章：基于p 2 p s i p 的v 0 p 系统的设计。对p 2 p s i p 通信模型的架构进行分 析，设计出基于p 2 p s i p 的v o p 通信系统，并对各个模块进行分析。 第五章：系统部分性能的测试和分析。 第六章：总结本文，并指出进步改进和研究的工作方向。 3 重庆邮电大学硕士论文 第二章v o p 概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 第二章v o l p 概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 2 1v o l p 概述 传统的语音通信网是以电路交换方式传输语音的，所以要求的传输带宽为 6 4 k b p s ，而所谓的v o i p 是以p 分组交换网络为传输平台，对模拟的语音信号进行 压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的u d p 协议进行传输。如 图2 1 所示，可以将v o l p 的传输过程分为下列几个阶段【4 0 】： 图2 1v o i p 基本传输过程 语音到数据的转换：语音信号是模拟波形，通过方式来传输语音，不管是实 时还是非实时的应用业务，首先要对语音信号进行模数转换，也就是对模拟语音信 号进行8 位或1 6 位的量化，然后送入到缓冲区中，缓冲器的大小可根据延迟和编码 的要求选择。许多低比特率的编码器是以帧为单位进行编码的。源和目的地的语音 编码器和语音解码器必须实现相同的算法，这样目的地的语音设备才可以还原模拟 语音信号。 原数据到p 的转换：一旦语音信号进行了数字编码，下一步就是对语音信号以 特定的帧长进行压缩编码。大部分的编码器都有特定的帧长，假设一个编码器使用 1 5 m s 的帧，则把从第一级来的6 0 m s 的包分成4 帧，并按顺序进行编码，每个帧含 1 2 0 个语音样点，其中抽样频率为8 k h z 。编码后，将4 个压缩的帧合成一个压缩 的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音包添加包头、时标和其他信息后通过 网络传送到另一端。语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接，并在端点之间 传输编码的信号。网络不像电路交换网络，它不形成连接，要求把数据放在可变 长的数据报或分组中，然后给每个数据包附带寻址和控制信息，并通过网络发送， 一步一步地转发到目的地。 传送：在这个通道中，全部网络被看成一个整体，持续不断地从输入端接收语 音包，然后在一定时间t 内将其传送到网络的输出端，t 可以在某个范围内变化，反 映了网络传输中的抖动。网络中的中间节点检查每个p 数据包附带的寻址信息，并 4 重庆邮电大学硕士论文第二章v o 口概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 使用这个信息把该数据包转发到目的地路径上的下一站。 p 包到数据的转换：且的地v 0 口设备接收这个p 数据包并开始处理。其中有 一个可变长的缓冲器用来调节网络产生的抖动。该缓冲器可容纳许多语音包，用户 可选择缓冲器的大小。小的缓冲器产生延迟较小，但不能调节大的抖动。其次，解 码器将经过编码的语音包解压缩后产生新的语音包，这个模块也可以按帧进行操作。 假设帧长度为1 5 m s ，则6 0 m s 的语音包被分成4 帧，然后它们被解码还原成6 0 r n s 的语音数据流送入解码缓冲器。在数据报的处理过程中，去掉寻址和控制信息，保 留原始的数据，然后把这个原数据提供给解码器。 数字语音转换为模拟语音：播放驱动器将缓冲器中的语音样点取出送入声卡， 通过扬声器按预定的频率播出。 v o l p 涉及到的通信协议主要有用于信令控制的s i p 协议、用于媒体实时传输控 制的r t p 协议以及用于进行会话协商的s d p 协议，下面主要对s i p 协议和p 2 p 技 术进行详细介绍。 2 2slp 协议介绍 s i p 是一个应用层控制协议，可以建立、修改和终止多媒体会话。它独立于底 层协议，可工作于i p v 4 和i p v 6 ，传输层可采用l r d p 、t c p 。s i p 借鉴了简单邮件传 输协议( s m t p ) 和超文本传输协议( h t t p ) 的优点，它支持名字映射和重定向服务，支 持个人移动性。和s m t p 和h t t p 两个协议一样，s i p 也采用了基于文本的编码方 式，简单灵活，可扩展性强。一般来说，s i p 协议支持多媒体通信中下面几个方面 的功能： ( 1 ) u s e r l o c a t i o n ( 用户定位) ：决定了用来通信的终端系统的位置。 ( 2 ) u s e r c a p a b i l i t i e s ( 用户性能) ：决定用户的使用的媒体类型和媒体参数。 ( 3 ) u s e r a v a i l a b i l i t y ( 用户的可用性) ：决定被叫方是否愿意参加通信。 ( 4 ) c a l ls e t u p ( 呼叫建立) ：呼叫双方参数的建立。 ( 5 ) c a l lh a n d l i n g ( 呼叫处理) ：包括呼叫转移和终止，会话参数变更，调用新业务 等内容。 s i p 并非一个从上至下的完整通信系统，而是一个同其它i e t f 协议一起协作来 构建一个完整的多媒体体系结构的协议部件。因此，s i p 协议应该和其它一些协议 合作，才能为终端用户提供完整的服务。在一个典型的v o p 系统应用中，一般通过 r t p 来传输实时数据；r t c p 用来控制媒体流的传输；s d p 用于描述多媒体会话等。 5 重庆邮电大学硕士论文第二章v 0 p 概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 2 2 1slp 会话的基本构成 s i p 采用客户机月艮务器的工作方式，s i p 网络包含了两类组件：用户代理( u s e r a g e n t ) 和网络服务器( n e t w o r ks e r v e r ) 。用户代理，即s i p 终端，是s i p 系统中的 最终用户。用户代理根据它们在会话中扮演的角色的不同，又可以分为用户代理客 户机( u 托) 和用户代理服务器( u a s ) 。u a c 负责发起s i p 的呼叫请求，u a s 负 责对呼叫的请求作出响应。 网络服务器：为用户代理提供注册、认证、鉴权、路由等服务。网络服务器主 要分为代理服务器( p r o x ys e r v e r ) 、重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) 和注册服务器 ( r e g i s t e rs e r v e r ) 三种。 p r o x ys e r v e r ( 代理服务器) ：负责接收用户代理发送过来的请求，根据网络策 略，将请求发送给相应的服务器，并根据收到的应答对用户作出响应。 r e d i r e c ts e r v e r ( 重定向服务器) ：用于在需要时将用户新的位置返回给呼叫方， 它是一个规划s i p 呼叫路径的服务器，在获得了下一跳的地址后，立刻告诉前面的用 户，让该用户直接向下一跳地址发出请求而自己则退出对这个呼叫的控制。 r e g i s t r a rs e r v e r ( 注册服务器) ：用于接收和处理用户端的注册请求，完成用户 地址的注册。它可以与代理服务器( p r o x ys e v e r ) 或重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) 一起 提供用户定位服务。 此外，s i p 体系中往往还包含一个并不是真正意义的s i p 服务器：位置服务器。 用以为s i p 重定向服务器或代理服务器提供被叫用户可能的位置信息。s i p 网络架 构如图2 2 所示。 l o c a t i o n r e d i r e c t r e g i s t e r s e r v e r s e r v e r s e r v e r l e rp r o x ys e v e r 图2 2 s i p 网络架构 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章v o p 概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 2 2 2sip 协议结构 s i p 是一个分层结构的协议，由上到下可以将其分为四层：事务用户层 ( t r a n s a c t i o nu s e r ) 、事务层( t r a n s a c t i o nl a y e r ) 、传输层( t r a n s p o nl a y e r ) 、语法和编码 层( s y n t a xa n de n c o d i n g ) 15 1 。其网络结构如下图2 3 所示。 事务用户层 事务层 s i p 传输层 语法和编码层 u d p t c p i p 链路层 物理层 图2 3s p 协议层次图 语法和编码层：该层定义了s i p 协议使用的各种参数、消息的结构、语法和格 式，s i p 编码方式是采用扩展的b n f 范式( b a c k u s - n a u rf o r mg r a m m a r ) 。 传输层：该层定义了一个客户端如何发送请求和接收应答，以及一个服务器如 何接收请求和发送应答。所有的s i p 元素都会包含一个传输层，且必须支持t c p u d p 协议。 事务层：事务可以看作是s i p 的基本组成元素。一个事务由客户机事务发给服 务器事务的请求，以及服务器事务回应给客户机对该请求的所有应答组成。事务层 负责保存事务的状态、处理应用层的重传和超时，用来实现消息的可靠传输。事务 层还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包含该层。而其它 的s i p 实体都建立在事务层之上，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。事务层具有客户机事务和服务器事务，每个代表有限状态机，它用 来处理特定的请求。 事务用户层：每个s i p 实体，除了无状态的代理服务器时，都是一个事务用户 ( j ) 。当一个t u 希望发送请求时，它首先创建一个客户机事务实例，并向它传递 请求的地址、端口。当客户机取消一个事务时，t u 请求服务器终止正在处理的 事务，同时恢复到该事务开始前的状态，并且生成特定的错误响应交给该事务，取 消的事务由c a n c e l 请求完成。 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章v o i p 概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 2 2 3sip 消息的定义与格式 s i p 协议的消息主要有两种：请求消息以及响应消息。无论是请求信息还是响 应信息都是以r f c 2 8 2 2 t 16 】的基本格式为准，在字符集和语法方面稍微有些差别。s i p 是一个基于文本的协议。一个基本s i p 消息包含起始行，一个或者多个头字段，说 明头字段结束的空行和一个可选的消息体【1 7 】。其消息格式如下： 消息( m e s s a g e ) = 起始行( s t a r t - l i n e ) 木头字段( * m e s s a g e - h e a d e r ) 空行( c r l f ) 消息体】( m e s s a g e - b o d y ) 。其中，s t a r t - l i n e = r e q u e s t l i n e s t a t u s - l i n e 。 请求消息：从客户机发到服务器的消息，请求消息的起始行为请求行，作为与 其它消息的区分，一个请求行由以下几个元素构成【1 8 】： 请求行= 方法名空格请求u r i 空格s i p 协议版本c r l f 以i n v i t e 请求消息举例：i n v i t es i p ：t o m o f f i c e t o ms i p 2 0 。 对请求行的各部分做如下说明： 方法名s 口核心协议定义了i n v i t e ，b y e ，o p t i o n s ，a c k ，r e g i s t e r ， c a n c e l 六种方法，这几种方法对应的功能如下表所示： 表2 1s i p 协议方法说明 方法名功能说明 州 e邀请用户参与一个会话 b y e用户结束呼叫 a c k确认客服端已收到对i n v i t e 的最终响应 o p t i o n s 用于查询服务器的相关信息和功能 r e g i s t e r用户向注册服务器注册用户代理客服端的相关信息 c a n c e l取消一个已经发出但是没有最终响应的请求 请求i 瓜i 一个s i p 或者s i p s u r i ，它标志了这个请求所用到的用户或者服务 的地址。 s i p 协议版本请求和响应消息都包含所使用的s i p 版本号。根据s i p 协议规 范r f c 3 2 6 1 ，发送s i p 消息的应用必须包含s i p v e r s i o n “s i p k 2 0 ”。 一个典型的s i p 请求消息结构如表2 2 所示： 表2 2s i p 消息结构 请求行 方法名 请求u r is i p 协议版本 v i a ：记录s i p 消息所经过的代理服务器，指定目前请求消息经过的路径，可 头字段 以避免环路请求，并保证响应消息按原路返回 m a x - f o r w a r d s ：s i p 消息在到达最终目的地前所允许的最大转发次数，s i p 消 息每转发一次该值就减一 8 重庆邮电大学硕士论文第二章v o p 概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 t 0 ：指示会话的最终接收者 f r o m ：指示会话的发起者 c a l l i d ：区分代理的其他会话 c s e q 指示一个会话中某个请求的次序 c o n t a c t ：指示消息的发生者可以被直接访问到的地址 c o n t e n t - t y o e ：指示消息体的类型 c o n t e n t - l e n g t t h ：指示消息体的长度 应答消息：应答消息是从服务器发送到客户机的消息，当服务器收到请求时， 它就发出一个或多个应答。应答消息的起始行称为状态行，状态行依次由协议版本 号，数字状态码以及原因短语组成。格式如下所示： 状态行= s i p 协议版本空格数字状态码空格原因短语c r l f 以2 0 0o k 举例如下所示：s 毗02 0 0o k 。 原因短语是状态码的简短文本概述。数字状态码是一个三位整数的结果代码， 它指明了呼叫的成功或是失败状态。不同类型的响应消息是由状态码来区分的。状 态码包含三位整数，第一个数字定义响应类型，后面两位数字用于进一步对响应进 行详细的说明。状态码的分类和注释如下表所示： 表2 3s i p 状态码说明 状态码类型状态码含义响应类型 1 x x服务器或代理正在进行处理，还没有得到确定的响应临时响应 2 x x请求已经被接收，处理并被成功接受最终响应 3 x x 响应给出有关用户新位置或者其它可选服务信息最终响应 请求消息中包含语法错误或是s i p 服务器不能完成对该最终响应 4 x x 请求的处理 5 x xs i p 服务器故障不能完成对正确消息的处理最终响应 6 x x请求不能在任何的s i p 服务器上实现最终响应 2 2 4sip 呼叫流程 典型的用户注册和注销流程如下图2 4 所示 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章v o d 概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 注册 呼叫事务 注销 图2 4 s 口注册注销流程 1 s i p 终端向注册服务器发起注册过程。 2 代理服务器通过后端认证和计费中心得知用户不在数据库中，向终端代理送4 0 1 u n a u t h o r i z e d 质询信息，其中有安全认证所需的令牌。 3 终端代理提示用户输入标识和密码，依据安全认证令牌将其加密后，再次将 r e g i s t e r 消息报告给用户代理服务器。 4 代理服务器解析r e g i s t e r 消息中的用户信息，通过认证和计费中心验证其符 合一定规则后，便将用户信息记录到数据库中，且向终端代理a 返回成功相应 信息2 0 0o k ，注册成功后，用户代理就可以进行相关的呼叫操作了。 5 终端向代理服务器发送r e g i s t e r 消息进行注销，其头中e x p i r e 字段置为0 。 6 代理服务器收到信息并回送2 0 0o k 响应，并将数据库中的用户相关信息注销。 呼叫建立和释放过程：s i p 支持3 中呼叫方式，u a c 向u a s 直接发起呼叫， u a c 在重定向服务器的辅助下进行重定向呼叫以及由代理服务器代表u a c 向被叫 发起呼叫。u a c 直接向u a s 发起呼叫及终止会话过程如图2 5 所示 1 0 重庆邮电大学硕士论文 第二章v o m 概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 媒体 呼 拆 图2 5u a c 和u a s 直接建立及终止会话流程 1 主叫方向被叫方发送i n v i t e 请求消息，主叫方邀请被叫方加入该会话。其中， 消息体中包括该会话的媒体流描述。 2 被叫发送状态码为1 8 0 的振铃消息，表示要求主叫等待，被叫方正在处理该会 话。 3 要是被叫方同意加入会话，就发送状态码为2 0 0 的响应消息。其中，消息体中 包含了该会话的媒体流描述。 4 主叫方向被叫发出a c k 消息，表明已经收到了i n v i t e 请求的最终响应，该a c k 消息中可能还包含媒体流描述消息，被叫方应该按照描述中的格式和参数发送 或者接收媒体流。接下来，用户可以开始传输媒体流进行会话。 5 通话结束后，假设被叫方先挂机，被叫方向主叫方发出b y e 消息，表示希望结 束该会话，主叫方收到该消息后，就会立即停止向被叫发送媒体流。 6 主叫方发送状态码为2 0 0 的响应消息，表明结束对话，其中消息体为空。 重定向呼叫模式：重定向在s i p 网络中起到重要的作用，在用户注册和s i p 呼 叫过程中均有可能发生。重定向服务器接受i n v i t e 请求，通过查询位置服务器发 现被叫用户。重定向服务器向主叫发送3 0 2 重定向响应，其中，响应中含有被叫的 重庆邮电大学硕士论文 第二章v 0 d 概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 新地址。主叫得到被叫地址后，重新发起i n v l l r e 请求。 代理呼叫模式：这种模式中，代理服务器在呼叫过程中起桥梁的作用。主叫所 发出的i n v i t e 请求将被其所在域的代理服务器转发到被叫域的代理服务器。被叫 域的代理服务器会查询位置服务器得知被叫的地址信息，然后将i n v i t e 请求转发 给被叫。如果主叫和被叫在同一个域，代理服务器从位置服务器获取被叫地址，然 后直接将i n v i t e 请求转发给被叫。接下来，消息将可以在主被叫之间直接进行。 2 3p 2 p 技术介绍 p 2 p ( p e e r - t o - p e e r ) 是一种分布式网络，它具有较好的扩展性。网络的参与者 共享他们所拥有的一部分资源，比如存储能力、处理能力、打印机等。这些网络资 源需要有网络提供服务和内容，能被其它对等节点直接访问。在此网络中，参与者 既是资源的提供者，同时又是资源的获得者。对等概念是指网络中的物理节点在逻 辑上具有同等地位。p 2 p 技术的本质在于将互联网的集中管理模式引向分散管理模 式，将内容从中央单一节点引向边缘网络。 2 3 1p 2 p 技术特点 p 2 p 技术特点主要体现在以下几个方面【l 9 】： 非中心化：网络中的资源和服务散在所有节点上，信息传输和服务的实现都可 以直接在结点之间进行。可以无需中间环节和服务器的介入，避免了可能的瓶颈。 p 2 p 网络的非中心化的基本特点，带来了扩展性，健壮性等方面的优点。 可扩展性：在p 2 p 网络中，用户加入越多，服务的需求就会更多，系统整体的 资源和服务能力也在同步地扩充，能比较容易地满足用户的需要。整个体系是分布 式的，基本不存在瓶颈，在理论上认为其扩展性是无限的。 健壮性：p 2 p 架构天生具有高容错，耐攻击的优点。由于服务分散在各个结点 之间进行，部分结点或网络遭受到破坏时，对其它部分的影响很小。p 2 p 网络一般 在部分结点失效时能够自动调整整体的拓扑，这样可以保持其它结点的连通性。它 还能根据网络的带宽、负载、结点数等变化不断地作自适应的调整。p 2 p 网络通常 都是以自组织的方式建立起来的，并允许结点的自由加入和离开。 高性价比：性能优势是p 2 p 被广泛研究的一个重要原因。随着硬件技术的发展， 个人计算机的处理能力和存储能力以及网络带宽等性能依照摩尔定律高速增长。采 用p 2 p 构架可以有效地利用互联网中散步的大量普通结点，计算任务和存储资料可 以分布到所有结点上。利用其中闲置的计算能力或存储能力，从而达到高性能计算 1 2 重庆邮电大学硕士论文 第二章v 0 口概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 和海量存储的目的，如当前国内移动基于开源软件推出了大云( b i gc l o u d ) 1 5 版 本平台【4 1 1 ，国外公司如亚马逊，谷歌，i b m 等部署的云计算服务便是利用分布式网 络为许多企业节省购买大型服务器的成本的例子。 隐私保护：在p 2 p 网络中，信息的传输分散在各结点之间进行而不需经过某个 集中的结点，用户的隐私信息被窃听的概率大大减小。目前解决i n t e r a c t 隐私问题 主要采用中继转发的技术方法，从而将通信的参与者都能够提供中继转发的功能， 因而可以大大提高了匿名通信的灵活性和可靠性，能够为用户提高更高的隐私保护。 负载均衡：由于每个结点既是服务器又是客户机，减少了对传统c s 结构服务 器计算能力，存储能力的要求，同时因为资源分布在多个结点，更好的实现了整个 网络的负载均衡。 2 3 2p 2 p 网络分类 按网络的结构特点可以分为两大类：集中式( c e n t r a l i z e d ) p 2 p 网络和非集中式 ( d e c e n t r a l i z e d ) p 2 p 网络。集中式p 2 p 网络中存在中央服务器，而非集中式p 2 p 网络不存在中央服务器，它又可依据节点的连接方式不同而分为非结构化 ( u n s t r u c t u r e d ) 及结构化( s t r u c t u r e d ) 两种，p 2 p 网络分类图如图2 6 所示。 e 至 n a p s t e r d e c e n t r a liz e d j f r e e n e t g n u t e l1 a k a z a a b it t o r r e n t c a n c h o r d t a p e s t r y p a s t r y 图2 6 p 2 p 网络分类图 典型的集中式p 2 p 网络为n a p s t e r ，n a p s t c r 是一个共享m p 3 的平台，当使用者 想要搜索某个m p 3 资料时，可向n a p s t c r 的网站发出请求，n a p s t e r 的网站就会提供 使用者所需的m p 3 档案所在的计算机位置，使用者便可直接至该台该台计算机下载 1 3 重庆邮电大学硕士论文 第二章v 0 d 概述及s i p 协议和p 2 p 技术介绍 而无需再通过n a p s t e r 网站。集中式p 2 p 网络的优点是系统容易运作，为中央服务 器提供了存取的功能，使得网络的搜寻效率高。然而集中式p 2 p 网络有着很大的缺 点，就是中央服务器的流量过大会导致整体效能的降低，并且当中央服务器因为某 种原因瘫痪时，整个系统将无法正常的运行。 非结构化网络包括f r e e n e t ，g n u t e l l a ，f a s t t r a c k ，b i t t o r r e n t 及o v e m e t 等。其 中以f r e e n a 及g