（通信与信息系统专业论文）基于sip协议的ipphone的qos研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着i n t e r n e t 的日益发展与扩大，基于i n t e m e t 技术的各种应用快速发展。 其中i p p h o n e 就是近些年来兴起的实用技术。i p p h o n e 又称v o l p ( v o i c eo v e ri p ) 或 n t e r n e t 电话，可实现语音，视频，数据合一的实时多媒体通信。i p p h o n e 采 用分组交换技术，可以实现信道的统计复用，使得网络资源的利用效率更加高效， 从而大大降低运营的成本。与传统电话相比，i p p h o n e 技术可提供价格更为低廉 的服务。 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) ，个基于文本，面向i n t e r n e t 会议和电 话的简单信令协议，用于用户间建立和配置交互式通信会议( 如：语音、图像、 交谈、交互游戏、虚拟现实等) 。近些年来，s i p 凭借其简单、灵活、高效等特 点已成为各方关注的焦点，其已作为构建i p p h o n e 技术体系的两大标准之一，并 以良好的可扩展性和兼容性为i p p h o n e 技术的广泛应用打开了崭新的空间。 但是在使用i p p h o n e 业务的过程中，用户最关心的就是通话的语音质量问 题。i p 网上的实时业务对网络的传输延时，延时抖动等特性较为敏感。当突发 性高的i p p h o n e 业务在i p 网络上传输时，业务质量将受到影响；而t c p i p 协 议只提供尽力而为的传送，基本上不具备对必要的i p p h o n e 等多种业务的q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 保证。因此，如何保证i p p h o n e 的服务质量成为了i p p h o n e 网络继续向前发展必须解决的首要问题。 本文主要研究和探讨了如何构建一个一体化的基于s i p 协议i p p h o n e 的端到 端q o s 保证的框架，寻求从i p 网络的不同层面来解决q o s 保证的方法与可行的 解决方案，并且针对此框架专门扩展了s i p 消息对q o s 信息传递的支持。文中 分层介绍了框架的设计思路，所使用的协议，描绘出了整个系统是如何协同保证 端到端q o s 的草图。同时，结合在实习单位的工作环境模拟了这个框架的具体 实现，获得了测试数据，有效地验证了方案的可行性。 关键词：服务质量，初始会话协议，i p 电话，多协议标记交换，通用开放策略 服务协议 武汉理上大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l lk i n d so fa p p l i c a t i o n sb a s e do nt h ei n t e r a c tt e c h n i q u ea r ed e v e l o p i n gr a p i d l y w i t ht h ei n t e r n e t sg r e a td e v e l o p m e n ta n ds p r e a d i n g a n di p p h o n ei sa m o n gt h e a p p l i e dt e c h n i q u e s i p p h o n ei sa l s oc a l l e dv o i p ( v o i c eo v e ri no ri n t e r a c tp h o n ea n d i ti su s e dt or e a l i z et h er e a l t i m em u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o no fv o i c e ，v i d e o ，d a t a w i mt h ep a c k e ts w i t c ht e c h n i q u ei p p h o n ec o a lr e a l i z et h es t a t i s t i cd u p l i c a t eu s e e n h a n c et h en e t w o r kr e s o u r c e s u t i l i z a t i o n ，d e c r e a s et h eo p e r a t i o n sc o s ta n dm a y s u p p l yt h ec h e a p e rs e r v i c ec o m p a r e dw i t ht h ep s t n s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) ，as i m p l es i g n a l i n gp r o t o c o lf o ri n t e r n e ts e s s i o n s a n dp h o n e s ，b a s e do nt h et e x t ，i su s e dt oc r e a t ea n dc o n f i gt h es e s s i o n sb e t w e e nt h e u s e r s ( s u c ha sv o i c e ，i m a g e ，c h a t t i n g ，p l a y , v i r t u a lr e a l i t y ) n o wb e c a u s eo fb e i n ga s i m p l e ，a g i l e ，a n dh i g he f f e c t i v et o o l ，s i pi sb e c o m i n gaf o c u s a tt h es a m et i m e ，i t s o n eo ft h et w os t a n d a r d sf o rc o n s t r u c t i n gi p p h o n es y s t e ma n dp r o v i d e san e w a p p l i c a t i o ns p a c et oi p p h o n ew i t ht h en i c e re x p a n s i b i l i t ya n dc o m p a t i b i l i t y b u tc u s t o m e r sa r ec o n c e r n e da b o u tt h eq u a l i t yo f t h ev o i c ev e r ym u c hw h e nt h e y u s et h ei p p h o n es e r v i c e t h er e a l t i m es e r v i c e sa r es e n s i t i v et ot h ed e l a ya n dj i t t e ro f t h en e t w o r kt r a n s m i s s i o nb yw h i c ht h eq u a l i t yo ft h es e r v i c e sa r ei n f l u e n c e dg r e a t l y w h e nt h eh i g hp a r o x y s m a li p p h o n es e r v i c ei sa p p l i e di nt h ei pn e t w o r k a tt h es a m e t i m e ，t h et c p i pp r o t o c o lo n l ys u p p l i e st h eb e s te f f o r ts e r v i c e s oh o w t oa s s u r et h e s e r v i c eq u a l i t yo fi p p h o n eb e c o m e st h em o s ti m p o r t a n tp r o b l e mw h i c hn e e d st ob e r e s o l v e df i r s t l y t h ep u r p o s eo ft h et h e s i si st or e s e a r c ha n de x p l o r eh o wt ob u i l dt h ew h o l ef r a m e f o rs o l v i n gt h ee n d - e n dq o sp r o b l e mo fi p p h o n eb a s e do ns i pm a i n l y , s e a r c hs o m e a p p r o p r i a t em e t h o d sf o ra s s u r i n gt h eq o sf r o mt h ed i f f e r e n tl e v e lo ft h en e t w o r k a t t h es a m et i m e ，t h et h e s i si n t r o d u c e st h ed e s i g n i n gi d e a s ，p r o t o c o l sf o rt h ef r a m e ，a n d d r a w sad r a f to ft h ew h o l es y s t e m sc o o p e r a t i o n i na d d i t i o n ，t h et e s t i n gr e s u l t s v a l i d a t et h ei d e a sw e l lb yt h ed a t aw h i c hw e r eg o t t e nf r o mt h es i m u l a t i v ee n v i r o n m e n t i nt h ea c t u a lw o r k p l a c e k e y w o r d s ：q o s ，s i p , i p p h o n e ，m p l s ，c o p s h 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 选题背景 第1 章绪论 随着i n t e r n e t 的日益发展与扩大，基于i n t e r n e t 技术的各种技术应用快速发 展，各种业务网络之间的相互融合和相互渗透已经成为不可逆转之势。统一的 i p 核心网络将是网络融合和下一代网络的必然选择【j j 。 其中i p p h o n e 就是近些年来兴起的实用技术。i p p h o n e 又称v o i p ( v o i c eo v e r i p ) 或i n t e r n e t 电话，可实现语音，视频，数据合一的实时多媒体通信。i p p h o n e 采用分组交换技术，可以实现信道的统计复用，使得网络资源的利用效率更高， 从而大大降低运营的成本，与传统电话相比可提供价格更为低廉的服务。i p p h o n e 最大的优势是有效地利用了i n t e m e t 这个全球互联的大环境，因此能够对诸如电 视会议，统一消息，w e b 点击呼叫，电子商务，i n t e m e t 呼叫中心等新兴业务提 供有力的支持。应该说，i p p h o n e 为电信运营商们打开了新的财富之门。 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) ，一个基于文本，面向i n t e r a c t 会议和电 话的简单信令协议，用于用户间建立和配置交互式通信会议( 如：语音、图像、 交谈、交互游戏、虚拟现实等) 。近些年来，凭借其简单、灵活、高效等特点已 成为各方关注的焦点，其已作为构建i p p h o n e 技术体系的两大标准之一，并以良 好的可扩展性和兼容性为i p p h o n e 技术的广泛应用打开了崭新的空间。基于s i p 协议的i p p h o n e 有着非常广泛的市场前景，基于s p 协议的1 p p h o n e 将成为主流 2 1 。 应该说i p p h o n e 是对传统电信网语音业务的一个挑战，它的服务优势日趋明 显。但是i p 网上的实时业务对网络的传输延时，延时抖动等特性较为敏感，当突 发性高的1 p p h o n e 业务在i p 网络上传输时，业务质量将受到影响；而t c p i p 协议 只提供尽力而为的传送，基本上不具备对必要的i p p h o n e 等多种业务的q o s 保证。 同时，对于用户而言，在使用i p p h o n e 业务的时候，最关心的就是通话的语音质 量问题。因此有必要在i p 网络上导) k q o s 技术，以确保实时业务的通信质量。 s i p 协议证处在一个不断扩充，发展和完善的过程中，而基于s i p 协议的 i p p h o n e 业务也正发展的如火如茶。正因为如此，其中蕴涵了很多技术刨新的机 会，值得深入研究与探讨。 1 2 和课题有关的国内外研究现状 l 、i p 网络中的q o s 理论研究现状 武汉理工大学硕士学位论文 a i t u t 关于i pq o s 的研究现状 i t u - t 建议e 8 0 0 中把q o s 定义为“决定用户满意程度的服务性能的综合 效果”。e 8 0 0 考虑到了服务性能( 或服务质量) 所有部分的支持能力、操作能力、 业务能力和安全性，是对q o s 的综合定义。i t u t 建议g 1 0 0 0 对e 8 0 0 做扩展， 把服务性能分成不同的功能部分，并将它们与相应的网络性能联系起来。g 1 0 l o 较g ，1 0 0 0 做了补充，提出了一种可满足以端用户为中心的应用要求( 如交互性， 容错能力) 的结构框架。考虑到特定应用和功能参数，i t u t 建议m i 0 7 9 定义 端到端的语音和数据质量以及对i m t 一2 0 0 0 接入网的性能要求。 i t u ts g l 3 组目前正在研究制订新建议草案y q o s a r “分组网络q o s 参考体 系结构”。该建议草案在对电路交换和分组交换网络实现q o s 方式的特征和异同 进行分析的基础上，从应用和网络角度，概括分析了不同应用对q o s 有不同要求 和网络对不同类型的业务提供相应的响应方式，提出了达到综合效果且使使用该 业务的用户感到满意的q o s 参考体系结构的目标要求。 b i e t f 关于i pq o s 的研究现状 i e t f 在i pq o s 方面建议了一些服务模型和机制。其中最基本的是i n t s e r v 模型 $ 1 d i f f s e r v 模型。 i n t s e r v 模型使用r s v p ( 资源预留协议) ，这一模型的思想是“为了给特定的 客户包流提供特殊的q o s 要求，路由器必须能够预留资源。 反过来要求路由器 中有特定流的状态信息”。 d i f f s e r v 定义了t o s ( 业务类型) 字节的格式( 术语叫d s 字段) ，以及一个 包转发处理库的集合。通过对一个包d s 字段的不同标记，以及基于d s 字段的处 理，能够产生一些不同的服务级别。 目前i e t f 的这些技术可以作为基础q o s 技术在相关的网络部件上使用，因 为个别机制之间互相抵触，很难实现全网的q o s 机制。从路由器等设备来看，已 初步具备基本的q o s 能力，因此如何制订整n q o s 机制，发挥出路由器的q o s 能力 成为很多有影响力的标准组织的关注热点。包括m s f ( 多业务交换论坛) ，e t s i t i p h o n ，i t u 等组织目前都在大力研究和制订q o s 机制，而美国有线电视工业的 标准组织c a b l e l a b 也在为有线运营商研究制订i pq o s 机制。3 g p p 则为下一代无 线核心网络研究制订q o s 机制。 c ，相关企业的q o s 研究 电信相关企业为了为运营商提供更好的网络设备，构建功能强大的网络，在 网络q o s 方面进行了深入的研究。 网络设备提供商，如l u c e n t ，c i s c o 等公司对q o s 的研究和实现主要集中在网络 层。对q o s 的控制机制傲了大量研究与实现工作。 l u c e n t 设备支持广泛变动的带宽，时延，时延变化和损失要求的不同服务和 2 武汉理工大学硕士学位论文 应用；在网络设备上增加了第三层和第四层通信管理功能。每张线路卡可以根 据i p 地址，目的地址，虚电路，进入接口，业务类型和区分服务字节及第四层信 息，如协议i d 和信源，目的端口号，支持多个角度的分组分类规则。 c i s c o 公司在其l o s 软件中内置了加权随机早期检测，加权平衡排队，资源保 留协议，i p 优先，给予策略的路由选择等q o s 功能。c i s c o 所有的网络设备都支持 l o s 软件和技术，具备了一整套q o s 实旋工具。 d 我国的标准研究状况 我国电信标准协会网络与交换标准技术委员会已经研究制订了“i p 网络技术 要求，网络性能参数与指标的行业标准”，该标准主要参考了我国其他网络性能 指标( 如a t m ) 的技术规范，i t u 和i e t f 相关的标准编制的。 该标准规定t i p 网络性能和可用性参数的临时指标，其中有些指标与用户所 选择的服务质量类型相关。该标准可作为i p 网络规划，工程设计以及相应设备的 引进和开发的技术依据。 近年来， 我国电信标准协会网络与交换标准技术委员会对互联网服务质量 体系结构十分关注，国内相关的运营商和设备商也积极倡导和投入相关研究工 作，并向国际电联相关的工作组提交了建议文稿，受到了国际标准化组织的重视 和认可。同时我国的多种研究计划( 如国家自然科学基金项目，“8 6 3 ”计划和“9 7 3 ” 计划) 也积极开展新一代互联网服务质量相关的研究活动。这些计划亦极其重视 相关技术的标准化进程。 根据上述跟踪结果分析，目前q o s 的研究有向网络层以上研究的趋势，且已 经有公司在研究应用层的服务质量问题。 2 、s i p 协议的研究现状 在2 0 0 2 年里，t h ei n t e m e ts o c i e t y 在r f c 3 2 6 t 里描述了s i p 协议( s e s s i o n i n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 的定义及功用。随后在r f c 3 2 6 2 扩展了s i p 协议使其支持可 靠的传输响应，使用了t a gi 0 0 r e l 。在r f c 3 2 6 3 里描述了使用d n s 解析s i pu r l 到i p 地址的方法。在r f c 3 2 6 4 里描述了如何进行媒体协商。如今关于s i p 的草 案正逐步增加，其中也包括了如何对q o s 的支持。 我国在制定适合本地通信的s i p 协议规范方面也做了不少工作。中国电信集 团已经发布了中国电信s i p 规范征求意见稿。 1 3 论文研究的主要内容 本文是作者在当前i p p h o n e 技术及其应用飞速发展的背景下，对基于s i p 协 议i p p h o n e 的q o s 保证的研究和探讨。旨在提出一个可行的网络分层架构来完 成基于s i p 协议i p p h o n e 端到端的q o s 保证，寻求从i p 网络的不同层面来解决 武汉理工大学硕士学位论文 q o s 保证的方法与可行的解决方案，同时，扩展s i p 消息对q o s 信息传递的支 持。 基于此，本文做了以下主要工作： 1 、着重分析与研究了i p p h o n e 技术及其基本通信原理。 2 、深入研究了s i p 协议及其设计思想，重点分析了s i p 语法，s i p 事务和 s i p 会话。 3 、深入研究了q o s 保证的几种典型技术。 4 、提出了切合应用实际的分层保证端到端i p p h o n eq o s 的整体框架，并分 层次介绍了应用到的技术，重点描述了整个系统的运作流程。 5 、针对提出的框架，结合在实习单位的工作环境模拟了整个系统的通信过 程。通过测试数据的对比，有效地验证了方案的可行性。 本文的组织结构如下： 第一章介绍了选题的背景和本文主要做的工作以及研究的意义，课题的来 源。 第二章重点讲述了i p p h o n e 的定义，分析了其实现原理并指出了i p p h o n e 技 术的优势和i p p h o n e 的分类。 第三章深入研究了s i p 协议及其设计思想，重点分析了s i p 语法，s i p 事务 和s i p 会话。 第四章对q o s 的相关概念做了介绍，并深入研究了三种q o s 保证技术。 第五章提出了切合应用实际的分层保证端至端i p p h o n eq o s 的接体框架，并 分层次逐一地介绍了应用到的技术以及对协议的扩展，重点描述了整个系统的运 作流程。 第六章详细晚明了仿真测试环节包括测试组网，使用的设备，测试步骤并对 测试结果做出了分析。 第七章总结了整个研究工作并指出了可以进一步改进的地方。 1 4 课题的研究意义 i p p h o n e 是对传统电信网语音业务的一个挑战，它的服务优势曰趋明显。但 是i p 网上的实时业务对网络的传输延时，延时抖动等特性较为敏感，当突发性高 的i p p h o n e 业务在i p 网络上传输时，业务质量将受到影响；而t c p i p 协议只提供 尽力而为的传送，基本上不具备对必要的i p p h o n e 等多种业务的q o s 保证。因此 有必要在i p 网络上导入q o s 技术，以确保实时业务的通信质量。 本课题正是基于这种背景下，想对基于s i p 协议i p p h o n e 的q o s 做进一步深入 地研究，提出有一定价值的可行性方案，并做出论证。选择此课题，主要出于以 4 武汉理工大学硕士学位论文 下考虑： 1 、随着i n t e r a c t 规模的不断扩大，i p 网上的实时业务量在不断增长。为了保证 以后更多新的业务在i p 网上的顺利开展，必须重视各种业务q o s 保证问题的研 究。 通常，文本信息在网络上传输不需要严格的实时控制，却要求可靠的服务； 而声音，视频信息可以允许少量的信息流失，却对时间的延迟非常敏感，要求网 络能实时传送。 i n t e m e t 的t c p 协议使得网络中的一些链路发生故障时数据包仍然能够通过 别的链路到达目的地。这种设计思路使得i n t e m e t 具有很强的生命力。但是这种 设计并没有考虑到多媒体应用的实时性要求，因而并不适应多媒体数据的传输。 为了解决在i n t e r n e t 上高质量的传输多媒体信息的问题，必须考虑i p 网络上的 q o s 研究与实现。只有这样，才能更好地向人们提供各种通信业务。 2 、近年束，在建设下一代网络的过程中发生了一个很明显的变化：很多设备 厂商都开始将其下一代网络的协议标准向s i p 方向倾斜。s i p 成为追逐的标准， 最大的优势就是开发简单，这是相比以前的h 3 2 3 标准( i t u t 制定的在网络上 实现多媒体业务的标准) 而言的。同时s i p 具有继承性，对于拥有传统网络的运 营商来说，s i p 在网络发展过程中，无疑是一个承上启下最好的切入点。对于电 信网和互联网，为了开展业务的灵活性，s i p 协议成为了网络未来发展的方向。 在用户对网络服务质量要求多样性的今天，原有的h 3 2 3 协议已经无法提供 较高的服务质量保障，而s i p 协议却很好地保证了网络服务质量。随着产品化地 加速，已经有众多厂商完成了以s i p 为协议的解决方案的产品化，并且这已成为 运营商在建网招标前的重点指标要求。同时，3 g p p 也将s i p 作为第三代移动通 信全i p 网络的核心协议。 因此，深入研究s i p 协议使其不断发展完善，扩充其草案内容显得尤为重要。 而这其中很重要的一点就是如何扩展s i p 消息内容使其保证各种业务的q o s ，以 发挥其灵活，简单，适用性强的特点。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章i p p h o n e 技术 2 1i p p h o n e 概念的提出 i p p h o n e 语音技术是随着上个世纪9 0 年代以来开始的互联网商业化革命以 及网络融合技术发展起来的。这种技术就是以i p 协议作为语音数据的载体，使 实时语音数据能够像其他数据包一样在i n t e m e t 上传输并提供可以接受的话音质 量以及其他一些基于这种分组传输技术的增值服判3 1 。 i p 电话的语音是基于“存储_ 牵 发”机制的i p 数据网进行传输。因为传输 过程中并不独占电路，且在传输之前进行了压缩处理，因此i p 电话可以更好的 复用带宽，从而促进了网络资源的利用，降低了语音业务成本。可以说，i p p h o n e 是世界上发展最快，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。 2 2i p p h o n e 实现原理 通过i n t e r n e t 进行语音通信是一个非常复杂的系统工程，其应用面很广，因 此涉及的技术也特别多，其中最根本的技术是i p p h o n e 技术，可以说，i n t e r n e t 语音通信是i p p h o n e 技术的一个最典型的，也是最有前景的应用领域。其基本原 理是：通过语音压缩算法对语音进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按照i p 等相关协议进行打包封装，经过i p 网络把数据包传输到目的地，再把这些语音 数据包重新按顺序解码解压缩处理以后，恢复成原来的语音信息，从而达到由口 网络传送语音的目的。 一个典型的i p p h o n e 系统一般由i p 电话终端、网关( g a t e w a y ) 、网守 ( g a t e k e e p e r ) 、网管系统、计费系统等几部分组成，如图2 1 。 p s t n i s d n ， h k p a h 。“。1 t p n 关一t 6 武汉理工大学硕士学位论文 i p 电话终端包括传统的语音电话机、p c 、i p 电话机，也可以是集语音、数 据和图像于体的多媒体业务终端。由于不同种类的终端产生的数据源结构是不 同的，要在同一个网络上传输，这就要由网关或者是通过一个适配器进行数据转 换，形成统一的i p 数据包。i p 电话网关提供i p 网络和电话网之间的接口，用户 通过p s t n ( p u b l i cs w i t c h e d t e l e p h o n e n e t w o r k ) 本地环路连接到i p 网络的网关， 网关负责把模拟信号转化为数字信号并压缩打包，成为可以在i n t e m e t 上传输的 i p 分组语音信号，然后再通过i n t e m e t 传送到被叫用户的网关端，由被叫端的网 关对i p 数据包进行解包、解压和解码，还原为可识别的模拟语音信号，再通过 p s t n 传到被叫方的终端，转换过程可抽象为如图2 2 所示。这样，就完成了一 个完整的电话到电话的i p 电话的通信过程【4 _ 6 1 。 图2 - 2i p 电话的数据转换过程 此外，网守实际上是一个智能集线器，它是整个系统的服务平台，负责系统 的管理，配置和维护。网守提供的功能有拨号方案管理，安全性管理，集中帐务 管理，数据库管理和备份管理等等。网管系统的功能是管理整个i p 电话系统， 包括设备的控制及配置，数据配给，拨号方案管理及负载均衡，远程监控等。计 费系统的功能是对用户的呼叫进行费用计算，并提供相应的单据和统计报表。计 费系统可以是由i p 电话系统制造商提供，也可以由第三方开发商进行开发。 在很多场合，i p p h o n e 技术仅指通过i p 网络实现类似普通老式电话的功能。 但是，在传统电话网业务不断发展的情况下，i p p h o n e 技术不仅指提供双方通话 的传统电话技术，而且是包含语音，图像和数据，支持各种智能业务的双方及多 方多媒体通信技术。其实，在下一代网络建设中，还有更多的智能终端，如市场 上出现的s i p 视频终端，可以直接接入网络并在软交换设备的控制下进行多媒体 通信。这里，就不再在图2 1 中表示出来。 7 武汉理工大学硕士学位论文 2 3i p p h o n e 电话的分类 现如今，i p 电话按使用场景分类有四种，分别是电话到电话，电话到p c ， p c 到电话和p c 到p c i 7 1 。具体描述如下： 1 、电话到电话。电话到电话即普通电话经过电话交换机连到i p 电话网关， 用户号码穿过i p 网进行呼叫。发送端网关鉴别主叫用户，翻译电话号码以及确 定接收端网关i p 地址后，发起i p 电话呼叫，连接到最靠近被叫的网关，并在发 端完成语音编码和打包；接收端网关实现拆包，解码和连接被叫。 2 、电话到p c 。电话到p c 是由网关来完成i p 地址和电话号码的对应和翻 译，以及话音编解码和打包。 3 、p c 到电话。p c 到电话也是由网关来完成i p 地址和电话号码的对应和翻 译，以及话音编解码和打包。 4 、p c 到p c 。最初i p 电话方式主要是p c 到p c ，利用i p 地址进行呼叫， 并通过语音压缩，打包传送方式，实现i n t e m e t 上p c 机问的实时话音传送。整 个的话音压缩，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。这种方式和公用电话的通信有很大差异，且限定在i n t e r n e t 内，所以有很大 局限性。 2 4i p p h o n e 技术的优势 i p p h o n e 技术已经成为最有前途的i n t e m e t 技术之一，全球很多国家已经开 通了i p 电话的运营业务。分析原因，可以得到i p p h o n e 技术之所以成功源于它 有以下优势【8 】= 1 、通话费用降低。由于实现了带宽复用，一个p s t n 电话需要独占6 4 k b i t s 的带宽，而i p 电话一般只需要6 8 k b i “s ，从而大大提高了网络的利用率。 2 、建设成本降低。由于使用i n t e m e t 网络资源，几乎不需另外布线就可以 运营i p 电话业务，使得新运营商在长途电话业务上能够以一种经济有效的方式 和传统电信运营商竞争。 3 、业务开展灵活。由于业务的生成已经交由专门的应用服务器来完成，所 以各种新的业务的生成变得更加快速，特别是各种品种丰富的多媒体业务。 4 、使用更加方便。现在，出现了越来越多的智能终端和软终端，只要拥有 可以上网的网口并进行简单设置，话机便可以联上网络进行通信。同时，话机的 使用习惯和以前的老式话机一样。 5 、独特的网内漫游功能。网络电话机可以插入网内的任何位置的网口，其 号码保持不变。 武汉理上人学硕士学位论文 6 、具有加密和防窃听功能。这对保障政府机关，银行和大型企业等重要集 团用户的网络语音通信安全有着十分重要的意义。 7 、v o l p 产品支持内建代理服务功能。配合代理服务，可以实现局域网之间 和局域网内部i p 电话的互通。 9 武汉理工大学硕士学位论文 3 1s i p 协议概述 第3 章s i p 协议 i p 电话可以采用h 3 2 3 、s i p 、m g c p 或h 2 4 8 协议建网。但其中的s i p 协 议具有协议简单、丌放、扩展性好和支持移动等优点，在3 g 、w l a n 中得到了 广泛的应用。当前，业界已经意识到未来的媒体通信网络将是s i p 主宰的网络h 。 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 是i e 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。它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 ) 之优点，用于创建，修改和终止多媒体呼叫与会话。s i p 协议是基于 文本格式的客户机服务器的工作方式，适合在w e b 环境中使用。 s i p 协议是一个f 在发展和不断研究中的协议。一方面，它借鉴了其他 i n t e r n e t 标准和协议的设计思想，在风格上遵循因特网一贯坚持的简练、开放、 兼容和可扩展等原则，并充分注意到因特网开放而复杂的网络环境下的安全问 题。另一方面，它也充分考虑了对传统公共电话网的各种业务，包括智能业务和 i s d n ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) 业务的支持。 s i p 协议利用带有会话描述的s i p 邀请消息来创建会话，以使参加者能够通 过s i p 交互进行媒体类型协商。它通过代理和重定向请求用户当前位置，以支持 用户的移动性。用户也可以登记他们的当前位置。s i p 协议独立于其他会议控制 协议，它在设计上独立于下面的传输层协议，因此可以灵活方便地扩展其他附加 功能。 总的来说，s i p 协议能够支持下列五种多媒体通信的信令功能： l 、用户定位：确定参加通信的终端用户的位置。 2 、用户通信能力协商：确定通信的媒体类型和参数。 3 、用户意愿交互：确定被叫是否乐意参加某个通信。 4 、建立呼叫：包括向被叫“振铃”，确定主叫和被叫的呼叫参数。 5 、呼叫处理和控制：包括呼叫重定向、呼叫转移、终止呼叫等等。 3 2s i p 相关术语 要理解s i p 相关的呼叫流程必须先了解一下这个协议中定义的一些术语，下 面介绍了常用到的术语，具体描述如下： 1 、呼叫( c a l l ) 一个呼叫是由一个公共源端所邀请的在一个会议中的所有参加者组成，由一 个全球唯一的c a l l 1 d 进行标识 1 0 - 1 2 】。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 例如：由同一个源邀请的一个会议的所有参加者构成一个呼叫；点到点i p 电话会话是一种最简单的会话，它映射为单一的s i p 呼叫。 通常情况下，呼叫由主叫方创建，但是更一般说来，呼叫可由并不参与媒体 通信的第三方创建，此时会话的主叫方和会话的邀请方并不相同。对于多播会议 来说，一个用户可由不同的人邀请参加同一会议，则每一个邀请应视作不同的呼 叫。对于基于m c u ( m u l t i p o i n tc o n t r o lu n k ) 的会议，每个参与者使用一个呼 叫邀请自己加入m c u 。 2 、事务( t r a n s a c t i o n ) s i p 是一个客户服务器协议。客户和服务器之间的操作从第1 个请求至最终 响应为止的所有消息构成一个s i p 事务。 一个正常的呼叫一般包含三个事务。其中，呼日q 启动包含两个操作请求：邀 请( i n v i t e ) 和证实( a c k ) ，前者需要回送响应，后者只是证实已收到最终响应， 不需要回送响应。呼叫终结包含一个操作请求：再见( b y e ) 。 3 、s i p 统一资源定位标识( s i p u r l ) 为了能正确传送协议消息，s i p 还需解决两个重要的问题。一是寻址，即采 用什么样的地址形式标识终端用户；二是用户定位。s i p 沿用w w w 技术解决这 两个问题。 寻址采用s i pu r l ( u n i f o m lr e s o u r c el o c a t o r s ) ，按照r f c 2 3 9 6 规定的u r i 导则定义其语法【归1 ，特别是用户名字段可以是电话号码，以支持i p 电话网关寻 址，实现i p 电话和p s t n 的互通。 s i p u r l 的一般结构为： s i p ：用户名：口令 主机：端口；传送参数；用户参数：方法参数；生存 期参数；服务器地址参数? 头部名= 头部值 “s i p ”表示需采用s i p 协议和所指示的端系统通信。 “用户名”可以由任意字符组成，一般可取类似于e - m a i l 用户名形式，也 可以是电话号码。 “主机”可为主机域名或i p v 4 地址。 “端口”指示请求消息送往的端口号，其缺省值为5 0 6 0 ，即公开的s i p 端 口号。 “口令”可以置于s i pu r l 中，但般不建议这样做，因为其安全性是有 问题的。 “传送参数”指示采用t c p 还是u d p 传送，缺省值为u d p 。 “用户参数”，s i pu r l 的一个特定功能是允许主机类型为i p 电话网关，此 时，用户名可以为一般的电话号码。由于b n f 语法表示无法区分电话号码和一 武汉理工大学硕士学位论文 股的用户名，因此，在域名后增加了“用户参数”字段。该字段有两个可选值： i p 和电话，当其设定为“电话”时，表示用户名为电话号码，对应的端系统为 i p 电话网关。 “方法参数”指示所用的方法( 操作) 。 “生存期参数”指示u d p 多播数据包的寿命，仅当传送参数为u d p 、服务 器地址参数为多播地址时才能使用。 “服务器地址参数”指示和该用户通信的服务器的地址，它覆盖“主机”字 段中的地址，通常为多播地址。 “传送参数”、“生存期参数”、“服务器地址参数”和“方法参数”均属于 u r l 参数，只能在重定向地址中才能使用。 下面给出若干个s i pu r l 的示例： s i p ：7 7 7 0 0 0 0 1 9 2 1 6 8 0 1 7 7 7 0 0 0 0 为用户名，1 9 2 1 6 8 0 1 为i p 电话网关的i p 地址。 s i p ：7 7 7 0 0 0 1 1 8 2 2 0 3 0 1 0 0 ：5 0 6 1 ；u s e r = p h o n e 7 7 7 0 0 0 1 为用户名，1 8 2 2 0 3 0 1 0 0 为主机的i p 地址，5 0 6 1 为主机端口号。 用户参数为“电话”，表示用户名为电话号码。 s i p ：a l i c e r e g i s t r a r c o m ；m e t h o d = r e g i s t e r a l i c e 为用户名，r e g i s t r a r c o m 为主机域名。方法参数为“登记”。 4 、用户登记( r e g i s t e r ) s i p 用户终端上电后向登1 记服务器登记自己的身份以便享用各种呼叫相关 业务。在s i p 协议里专门定义了一个“登记”请求消息，并规定了登记操作。 5 、定位服务( l o e a t i o ns e r v i c e ) s i p 重定位服务器或代理服务器用来获锝被叫位置的一种服务，可由定位服 务器提供，但s i p 协议不规定s i p 服务器如何请求定位服务【1 4 】。在具体产品的解 决方案中，一个服务器可以兼任定位服务器的角色。 6 、代理，代理服务器( p r o x y ，p r o x ys e r v e r ) 作为一个逻辑网络实体代表客户端转发请求或者响应，可以同时作为客户端 和服务器端。代理服务器有三种形态：s t a t e l e s s 、s t a t e f u l l 和c a l ls t a t e f u l ，其可 以采用分支、循环等方式向多个地址尝试转发请求。 代理服务器的主要功能：路由、认证鉴权、计费监控、呼叫控制、业务提供 等。在具体产品的解决方案中，一个服务器可以兼任定位服务器的角色。 7 、重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) 重定向服务器将请求中的目的地址映射为零个或多个新的地址，然后返回给 客户端，客户端直接再次向这些新的地址发起请求。重定向服务器并不接收或者 1 2 武汉理工人学硕士学位论文 拒绝呼叫，主要完成路由功能，与注册过程配合可以支持s i p 终端的移动性。 8 、注册员( r e g i s t r a r ) 注册员为接收注册请求的服务器，通常与p r o x y 或者r e d i r e c ts e r v e r 共存。 注册员需要将注册请求中的地址映射关系保存到数据库中，供后续的相关呼叫 过程使用，同时可以提供定位服务。 9 、用户代理( u s e r a g e n t ) 用来发起或者接收请求的逻辑实体称为u s e r a g e n t 。 1 0 、用户代理客户( u s e r a g e n t c l i e n t ) 发起请求的一方称为u a c ( u s e r a g e n t c l i e n t ) 。 1 1 、用户代理服务器( u s e ra g e n ts e r v e r ) 接收请求的一方称为u a s ( u s e r a g e n ts e r v e r ) 。 3 3s i p 消息 s i p 协议工作依赖予特定的s i p 实体，而s i p 消息是s i p 实体之间用于沟通， 协调工作的信息。s i p 是基于客户机服务器模式的协议，故有请求与响应两种 类型的消息 1 5 1 “。 l 、请求消息 请求消息是客户机发给服务器的消息，是表明客户机想要进行的操作。s i p 协议定义了若干种交互的方法，目前有i n v i t e 、a c k 、o p t i o n s 、b y e 、 c a n c e l 、r e g i s t e r 六种。各消息功能如表3 1 所示。 表3 一l 请求消息 l 请求消息消息含义 发起会话请求，邀请用户加入一个会话，会话描述含于消 i n v i t e 息体中。对于两方呼叫来说，主叫方在会话描述中指示其 能够接受的媒体类型及其参数。 证实已收到对于i n v i t e 请求的最终响应。该消息仅和 a c k i n v i t e 消息配套使用。 b y e 结束会话 取消尚未完成的请求，对于已完成的请求( 即已收到最终 c a n c e l 响应的请求) 则没有影响 r e g i s t e r 注册，用于用户向s i p