第二章-物理链路层续PPT课件.ppt

软交换网络的主要协议 主要内容 软交换概述RTP RTCP协议H 323协议SIP协议H 248协议SIGTRAN 软交换概述 什么是下一代网络 NGN 广义地讲 下一代网络泛指一个不同于现有网络 大量采用当前业界公认的新技术 可以提供语音 数据及多媒体业务 能够实现各网络终端用户之间的业务互通及共享的融合网络 狭义地讲 下一代网络特指以软交换设备为控制核心 能够实现业务与控制 接入与承载彼此分离 各功能部件之间采用标准的协议进行互通 兼容了各业务网 PSTN IP网 移动网等 技术 提供丰富的用户接入手段 支持标准的业务开发接口 采用统一的分组网络进行传送 能够实现语音 数据和多媒体业务的开放的分层体系架构 软交换概述 续1 什么是软交换 SoftSwitch 1998年以前 PSTN和Internet是两个完全独立的网络 分别用于承载语音和数据业务 从1998年到2000年间 基于H 323体系结构的IP长途电话出现了 H 323的体系结构不是一个开放的体系结构 在支持各种增值的新业务方面 能力受到限制 为了克服H 323体系的固有缺陷 业界提出了网络功能分布实现的理论 将网络业务提供及网络呼叫连接控制功能逐步从网关中独立出来 独立出来的部分称为呼叫代理 呼叫服务器或媒体网关控制器 1999年后开始称为软交换设备 软交换概述 续2 什么是软交换 SoftSwitch 续 软交换技术最初由计算机网络设备商提出 设备主要基于商业计算机平台 处理能力相对不高 主要用于解决企业用户的VoIP通信 目前电信运营级的软交换网络体系已经形成 它采用分组交换技术和标准接口的分布式体系结构 利用软交换设备完成呼叫接续及控制功能 业务逻辑提供功能由业务服务器完成 网关只负责媒体流的转换及传递 软交换网络的结构 软交换网络的结构 续 传送层 负责用户信息从源端到目的地端的传送 传送技术可以是电路交换型的TDM方式 面向连接的分组方式 或者是无连接的IP分组方式 还提供适配功能 完成用户信息经由不同传送网时的格式转换 控制层 负责通信各方之间的呼叫建立和释放 应用层 利用下面两层提供的网络能力 构建和实现各种用户所需的应用 或称为增值业务 数据层 提供网络数据库能力 管理平面 提供网络管理 运营支撑 用户配置 业务配置 计费结算等各类管理功能 软交换网络的物理实体 终端 原则上软交换网络应支持各种类型的用户终端 包括IP终端和传统通信网终端 传送层的物理实体媒体网关 MG 负责不同媒体的格式转换 输入 输出端口互连 端口事件监视和端口信号发送 并负责带内信令和直连方式信令的TDM链路终接和信令至IP侧的转接 接入网关 AG 功能和MG相同 只是在网络中的作用是提供NGN和接入网之间的互通 所要适配的事件和信号是用户状态信息和线路信息 软交换网络的物理实体 续1 综合接入设备 IAD 功能也和MG类似 但是作用是适配非IP终端的接入 媒体服务器 MS 负责各类媒体资源的管理和分配 媒体转换和处理 媒体流识别 多方通信媒体流混合 路由器 交换机 RT EX 核心网传送设备 负责传送IP数据包 呼叫控制层的物理实体软交换机 SSW 负责会话 呼叫控制 呼叫接纳控制 呼叫信令路由 计费数据采集 基本补充业务提供 包括会议通信中的支路控制 软交换网络的物理实体 续2 信令网关 SG 负责7号信令互通 业务层的物理实体应用服务器 AS 负责在业务逻辑的控制下 启动和执行各种增值业务 业务控制点 SCP 即传统智能网中的业务控制点 通过7号信令上层的智能网应用部分INAP协议和SSW交互 向IP用户提供智能网业务 数据层的物理实体定位服务器 LS 存储软交换域专用的目录信息 负责地址解析 软交换网络的物理实体 续3 DNS服务器 提供公共DNS目录服务 负责域名解析或用于NGN的E 164地址解析 业务数据库 SD 存储增值业务数据和用户档案数据 管理平面的物理实体网管系统 NMS 负责软交换网络设备和网络管理 运营支撑系统 OSS 负责软交换网络的运营管理 软交换网络的特点 与传统网络相比 软交换网络具备以下特点 基于分组开放的网络结构业务与呼叫控制分离 与网络分离业务与接入方式分离快速提供新业务 软交换网络主要协议 软交换网络主要协议 软交换设备与媒体网关之间的控制协议 包括H 248和MGCP 软交换设备间的通信协议 包括BICC 与承载无关的呼叫控制 及SIP T 信令网关与软交换设备间的协议 SIGTRAN协议 多媒体协议 指软交换 客户端以及客户端之间的协议 主要包括SIP及H 323协议 应用支持协议 是软交换设备与应用 业务层之间的接口 提供访问各种数据库 三方应用平台 各种功能服务器等的功能 实现对各种增值业务 管理业务和三方应用的支持 RTP RTCP协议 在软交换网络中 各种媒体流 无论是语音或视频 都是基于UDP协议传送的 但UDP没有考虑信息包顺序传送和提供时戳等实时业务传送需要解决的一系列问题 因而无法保证语音质量 为解决实时业务传输遇到的一系列问题 IETF提出了用于传输实时业务的协议 实时传输协议RTP RTP协议包括两个相关的协议 RTP协议和RTCP协议 RTP RTCP协议 续 RTP用于封装实时数据 其功能是提供净荷类型指示 即数据类型和编码方法 数据分组序号 数据发送时戳 数据源标识等信息 接收端根据这些信息可以正确地重组原始信号 RTCP协议用以传送实时信号的传递质量参数 提供QoS监视机制 同时还可以在会议业务中传送与会者的信息 RTP协议 RTP通常运行在UDP之上 二者共同完成传输层的功能 RTP数据包由RTP头和负荷两部分共同构成 一个或多个RTP包可放在一个UDP包中传送 RTP包头的结构 RTP包头的结构 续1 V 版本号 指示RTP的版本 现在用的协议版本是2 P 填充指示比特 若置 1 表示分组结尾会有1个或多个填充字节 X 扩展指示比特 若置 1 则固定头部后还会有一个扩展头部 供各种应用传送和净荷格式无关的附加的公共信息 CC CSRC计数 指示包头中CSRC标识符的数目 最多为15个 M 标识比特 其含义由具体协议规定 RTP包头的结构 续2 PT 净荷类型 该字段指明RTP净荷类型 其定义和解释由具体应用决定 RTP包头的结构 续3 时戳 32比特 指示RTP数据分组第1个字节的采样时刻 SSRC 32比特 用于标识信号的同步源 其值应随机选择 以保证同一个RTP会话中任意两个同步源的SSRC标识都不相同 CSRC 32比特 用于标识该数据包中所含净荷的发送端 有贡献源 在RTP分组中 CSRC标识由混合器插入 混合器是用于会议通信的中继设备 其功能是接收来自各终端的语音信号 称为分信号 将其解码后重新同步混合成一个单一的信号流 该信号流称为复合信号 然后多播传送给各终端 混合器举例 RTP控制协议 RTCP RTCP协议利用与数据包相同的传输机制向会话中所有成员周期性地发送控制包 从而对RTP的传送质量进行监测并了解与会者的身份 RTCP协议也工作于UDP之上 并且规定RTP流应使用偶数的UDP端口号 2n 相应的RTCP流应使用相邻的奇数端口号 2n 1 1 RTCP的功能提供数据传送质量的反馈信息 传送RTP源传输层永久标识 规范名CNAME 确定RTCP分组发送速率 传送少量会话控制信息 RTP控制协议 续1 2 RTCP包类型SR SenderReport 发送者报告 是由数据发送者发出的发送和接收统计数据 RR ReceiverReport 接收者报告 是由非数据发送者发出的接收统计数据 SDES SourceDescription 源描述项 包括CNAME BYE 再见 指示退出所参加的会议 APP 提供面向应用的功能 RTP控制协议 续2 3 SR和RRRR和SR都可用来发送数据接收质量的反馈信息 其差别在于SR除了提供此信息外 还可提供有关数据发送的信息 如果一个站点仅是会话的接收者 则只能发送RR包 如果一个站点既是会话的接收者 又是会话的发送者 则可在发送SR时一起发送接收反馈信息 在没有SR需要发送时 就专门发送RR SR包的格式 SR包的格式 SR包由3个数据段组成 固定头部 发送者信息 零到多个接收报告块 头部RC 接收报告计数 指示该RTCP包中所含接收报告块的数目 PT 净荷类型 说明RTCP包的类型 SR包的类型值为200 长度 该字段的值加1为RTCP包的长度 包括头部和填充字节 长度的单位为32bit SSRC 发送该SR包的站点的同步源标识符 发送者信息NTP时戳 占据64比特 指示该报告发出的绝对时间 SR包的格式 续1 NTP NetworkTimeProtocol 网络时间协议 NTP时戳表示当前时刻距离1900年1月1日零时的时间差值 单位为秒 前32bit为整数部分 后32bit为小数部分 RTP时戳 32比特 也指示发送SR包的时间 但是时间单位和初始值与数据分组中的RTP时戳相同 发送方RTP包计数值 32比特 为该发送者自开始发送以来直至本SR包生成时为止发送的RTP数据包的总数 发送方RTP字节计数值 32比特 其值为上述同一段时间内发送的RTP数据包的净荷字节数 即不包括RTP头和填充字节的字节数 SR包的格式 续2 零到多个接收报告块SSRC n 32比特 本报告块信息所属信息源的SSRC标识 丢失率 8比特 指示自上次SR或RR发送以来 由SSRC n发来的RTP数据包的丢失比率 累计丢失包数 24比特 指示从开始接收以来丢失的来自SSRC n的RTP数据包总数 扩展的已接收最高序号 32比特 低16比特为接收来自SSRC n的RTP数据包的最高序号 高16比特为序号循环计数 到达时延抖动 32比特 为RTP数据包到达时延统计方差的估计值 用无符号整数表示 时延抖动的计算 时延抖动J定义为一对分组在接收端接收间隔和发送端发送间隔之差D的平均偏差 若记Si为包i的发送RTP时戳 Ri为包i的到达时间 也以RTP时戳为计时单位 则包i和包j间的差值D为 D i j Rj Sj Ri Si 到达时延抖动在每个包到达时更新计算 其公式为Ji Ji 1 D i 1 i Ji 1 16 其中参数1 16为平滑因子 减小噪声影响 SR包的格式 续3 最末SR时戳 LSR 32比特 为最近收到的来自SSRC n的SR包中NTP时戳的中间32位 最末SR后的时延 DLSR 32比特 是自收到最后一个来自SSRC n的SR分组至发送本接收报告块的时延 单位为1 65536s RR包的格式和SR相同 差别仅在于没有发送者信息 且PT为201 RR包的格式 SR和RR的作用 SR和RR中有许多有用的信息可供信号发送者 接收者和第三方监视QoS性能和诊断网络问题 并及时调整发送模式 累计信息 用于监视长期性能指标即时信息 用于测量短期性能时间信息 用于获取技术比率指标 H 323协议 H 323协议是ITU T制定的协议 它是一套在不保证服务质量的IP网络传送话音业务的基本框架 并为IP电话在全球的发展奠定了基础 到目前为止 H 323协议已经发展到第4版本 ITU T于1996年11月公布了第一版H 323V1 即 不保证服务质量的局域网上的可视电话系统与设备 标准 1998年1月ITU T推出了第二版H 323V2 名称变成 基于包的多媒体通信系统 H 323协议 续1 1999年9月 ITU T通过了第三版H 323V3 增加了H 323和H 225 0的几个附录 重点增加了网关控制协议 管理域间协议 移动管理协议 H 323系统和协议的管理信息库 MIB 等 ITU T于2000年11月通过了第4版H 323V4 H 323协议栈结构 H 323标准适用的业务是包括话音 数据和视频及其组合的多媒体通信 其中 对语音通信的支持是必备功能 数据和视频通信是任选功能 适用网络是一般的分组网络PBN 包括点到点连接 多点接入网络段 局域网和广域网 H 323是一个框架性协议 由一系列协议组成 H 323协议栈结构 续 H 323系统结构 H 323系统结构 续1 H 323实体包括终端 网关 网守 多点控制器 MC 多点处理器 MP 和多点控制单元 MCU 其中 终端 网关和MCU统称为端点 端点可以发起呼叫 也可以接受呼叫 媒体流信息就在端点生成或终接 网守 MC和MP则不可呼叫 终端 在PBN上遵从H 323建议进行实时通信的端点设备 网守 GK Gatekeeper 又称为网闸或关守 为H 323端点提供地址翻译和PBN接入控制服务 还可以提供带宽管理和网守定位等服务 网守 网守是网络的管理点 一个网守管理的所有终端 网关和MCU的集合称为一个管理区 zone 通常 又将同属于一个运营机构管辖的多个H 323实体的集合称为一个管理域 domain 在H 323建议中 网守是一个任选部件 但是对于实际运行的公用网上的IP电话系统来说 网守是一个不可缺少的重要部件 网守的主要功能 地址翻译 根据端点登记时建立的翻译表 执行别名地址至传输层地址的翻译 呼叫接纳控制 根据用户权限 网络可用带宽等条件确定是否允许用户发起一个呼叫 带宽控制 该功能允许端点提出改变分配给它的PBN带宽的请求 区域管理 网守是网络的管理点 应对本管理区内已登记的终端 MCU和网关进行统一管理 并提供上述3种服务功能 网守的主要功能 续1 呼叫控制信令 H 323建议规定端到端的呼叫信令有两种传送方式 一种是经由网守转接的网守选路呼叫信令方式 另一种方式是端到端的直接选路呼叫信令方式 前者需要网守处理呼叫控制信令 呼叫权限 网守可以在端点发起呼叫时 通过RAS过程拒绝无权用户发起呼叫 带宽管理 网守可以控制允许同时接入到网络中的H 323终端的个数 呼叫管理 对呼叫的过程进行跟踪和处理 网守的主要功能 续2 网络管理 网守可向计费中心提供计费基础数据 向网络管理中心提供话务统计基础数据 其他功能 如终端带宽预留 目录服务 管理信息库等 上述所有功能中 1 4项是网守的基本功能 H 323系统结构 续2 网关 GW Gateway 提供H 323终端和其他ITU定义的标准终端之间进行二方通信的端点设备 实现H 323系统和其他网络的互通 从概念上说 网关的作用就是完成两项转换功能 媒体信息编码转换和信令转换 此外 网关还配合网守实现用户的接入认证与授权 以及计费功能 H 323系统结构 续3 多点通信功能 包括MC MP和MCU 用于会议通信 MC 提供多点会议的控制功能 它和参加会议的每个端点进行 能力交换 过程 确定可以向端点发送信息的模式 MP 接收来自各参会端点的音频 视频和数据信号流 经处理后回送给各端点 MCU 是会议通信的重要设备 负责进行多路媒体的处理 包括语音业务中的混音 视频业务中的分屏 使得多方会议成为可能 注册 许可和状态协议 RAS RAS是端点 终端和网关 与网守之间执行的协议 主要提供管理功能 网守搜寻 用于端点搜寻其归属网守 可以采用人工方式和自动方式来实现 自动方式使用消息GRQ 网守搜寻请求 GCF 网守搜寻证实 GRJ 网守搜寻拒绝 端点登记 用于端点向网守登记其自身信息 主要是端点别名和呼叫控制信道的传输层地址 使用消息RRQ 登记请求 RCF 登记确认 RRJ 登记拒绝 URQ 注销请求 UCF 注销确认 URJ 注销拒绝 网守搜寻过程 端点登记过程 注册 许可和状态协议 续1 端点定位 用于端点或网守向相应的网守询问某一端点的呼叫控制信道的传输层地址 使用消息LRQ 定位请求 LCF 定位证实 LRJ 定位拒绝 呼叫接纳和退出 呼叫接纳是端点发起呼叫的第一步操作 用于询问网守是否允许该呼叫发起 呼叫退出用于端点在呼叫结束后通知网守 它已退出呼叫 恢复到空闲状态 呼叫接纳过程使用消息ARQ 呼叫接纳请求 ACF 呼叫接纳证实 ARJ 呼叫接纳拒绝 呼叫退出过程使用消息DRQ 呼叫退出请求 DCF 呼叫退出证实 DRJ 呼叫退出拒绝 呼叫接纳过程 注册 许可和状态协议 续2 带宽管理 用于呼叫中途改变在起初呼叫接纳时确定的带宽 改变请求可由端点或网守发起 该过程由BRQ 带宽请求 BCF 带宽证实 BRJ 带宽拒绝 消息实现 注册 许可和状态协议 续3 状态和资源 分为状态查询和网关资源指示两部分 前者主要用于网守询问终端的状态 使用消息IRQ 信息请求 IRR 信息响应 后者是由网关向网守通告该网关的可用资源 通过RAI 网关资源可用性指示 RAC 网关资源可用性证实 消息实现 呼叫信令协议 1 协议设计原则呼叫信令协议是H 323系统的核心协议之一 主要作用是在呼叫开始之前 建立起端点之间的呼叫联系 同时建立起H 245控制信道 呼叫信令协议以ISDN的Q 931 Q 932 Q 950协议为基础制订的 其中以Q 931最为重要 Q 931是ISDN用户 网络接口的第三层信令协议 用于基本呼叫控制 ISDN用户网络接口的分层结构 呼叫信令协议 续1 H 225 0呼叫信令消息及其中的信息单元都是Q 931消息和信息单元的子集 从原理上说 Q 931的控制对象是电路连接 即B信道 而H 225 0的控制对象只是呼叫 其任务是建立起端点间的H 245控制信道 至于各端点间的媒体通信 连接 即逻辑信道的建立和释放是由H 245控制协议完成的 之所以采取直接借用的方法 一是标准制订速度和可靠性有保障 二是有利于H 323系统和现有的电路交换网互通 呼叫信令协议 续2 对于补充业务 ISDNUNI制订了通用功能协议Q 932 规定了适于各种补充业务的一般控制机制及相应的消息和信息单元 同时制订了Q 950系列协议 对各个补充业务的信令过程及信息单元的定义作了具体的规定 与之对应 H 323系统也采用同样的体系来处理补充业务 H 450 1为支持H 323系统补充业务的通用功能协议 H 450 2 x为各种特定补充业务的信令协议 H 323呼叫信令协议和ISDN相应协议的关系 呼叫信令协议 续3 2 协议消息结构H 225 0的消息分为三大类 呼叫建立消息 Setup SetupAcknowledge Alerting CallProceeding Connect和Progress 呼叫清除消息 ReleaseComplete 其他消息 Statusinquiry Status Information Notify Facility和UserInformation 用户 用户信息单元 UUIE H 225 0中 大多数消息的参数中都可包含UUIE 它是最重要的信息单元 不只传送常规的端到端用户数据 更重要的是由它传送H 323特定的呼叫控制信息 用户 用户信息单元 续 用户 用户信息单元标识符 1个字节 用于区分H 225 0消息中不同类型的信息单元 用户 用户信息内容的长度 2个字节 说明该消息中用户 用户信息部分占据的总长度 协议鉴别语 1个字节 说明用户信息字段采用的格式 其值为ASN 1 用户信息 由两部分组成 主体部分为h323 UU pdu 它是H 323特定的呼叫控制信息 任选部分是真正在终端用户之间传送的用户数据 采用IA5字符串 相当于原来Q 932定义的用户 用户信息 呼叫信令协议 续4 3 通信控制的一般机理 1 呼叫和连接分离在H 323中 端点之间呼叫关系的建立和用于媒体流传送的连接的建立相互分开 使得H 323端点之间建立通信关系需要经过三个控制过程 呼叫接纳控制 执行RAS协议呼叫控制 执行H 225 0协议连接控制 执行H 245协议 呼叫信令协议 续5 3 通信控制的一般机理 续 2 5阶段通信控制阶段1 呼叫建立 包括接纳控制 阶段2 端点间通信能力的交换和通信模式的设定 阶段3 建立声像通信的逻辑信道 阶段4 通信进行过程中的呼叫服务 阶段5 呼叫终结 关闭所有信道 呼叫信令协议 续6 3 通信控制的一般机理 续 3 两种信令传送方式呼叫信令消息的传送 直接选路方式 呼叫信令协议 续7 呼叫信令消息的传送 网守选路方式 呼叫信令协议 续8 3 两种信令传送方式媒体控制消息的传送 直接选路方式 呼叫信令协议 续9 媒体控制消息的传送 网守选路方式 呼叫建立信令过程示例 主被叫端点归属同一网守 且网守选择直接选路信令方式主被叫端点分属不同的归属网守 并且网守分别采用直接 网守选路信令方式 媒体控制协议 H 245 H 245是通用的多媒体通信控制协议 主要针对会议通信设计 H 323系统采用H 245协议作为控制协议 用于控制通信信道的建立 维护和释放 1 H 245协议的主要功能 1 逻辑信道的打开和关闭在H 245中 定义了两类信道 控制信道和通信信道 控制信道也称为H 245信道 位于不同H 323实体上的两个H 245对等信令实体将通过该信道传送H 245消息 以控制媒体信道的建立和释放 控制信道是可靠信道 媒体控制协议 续1 通信信道就是媒体信道 在H 245中称为逻辑信道 在其上传送用户通信信息 一般说来 两个实体间可有多条逻辑信道 在呼叫中可以根据需要随时建立和释放逻辑信道 在H 245协议中称为逻辑信道的打开和关闭 逻辑信道的开关由H 245协议完成 每个逻辑信道在打开时赋予一个标识号 控制信道可以被认为是一个特殊的永久逻辑信道 其信道号指定为0 在整个呼叫期间始终存在 H 323中大多数逻辑信道都是单向信道 逻辑信道的打开和关闭均由媒体发送方发起 媒体控制协议 续2 2 收发双方的能力交换每个逻辑信道限定传送某种媒体信息 采用一定的编码算法 具有一定的带宽 因此 在信道建立之前 收发双方必须就这些参数进行协商 确定双方可以接受的参数范围 这就是H 245的能力交换过程 H 245协议采用接收方控制的原则建立逻辑信道 发送方只能在接收方规定的范围内确定信道特性参数 媒体控制协议 续3 3 主从确定过程该过程主要用于避免信令过程中的冲突现象 其主要应用包括 会议通信中的多点控制器MC的仲裁 双信道的冲突等 4 往返时延确定 5 环路维护此外 H 245协议还定义了许多简单的命令和指示消息 可用于各种用途 如流量控制命令 加密命令等 H 245消息 H 245消息分为4种类型 请求 响应 命令和指示 请求消息要求接收方执行所要求的动作 并立即返回响应 响应消息是对请求消息的回复 可以是证实 拒绝或返回请求的结果 命令消息也要求接收方执行指定的动作 但不要求回送响应 指示消息只是传送信息 不要求接收方执行动作 也不要求其回复响应 通常是指示终端的状态信息 H 323呼叫过程 H 323呼叫过程 SIP协议 1 SIP发展历史邀请用户加入多播会话是Internet工程任务组 IETF 提交SIP的初衷 SIP目前用于邀请用户加入所有类型的会话 包括多播和点到点会话 SIP是将两个由IETF为同一目的提出的协议进行合并的结果 一个是INRIA视频会议系统 IVS INRIAVideoconferencingSystem 另一个是多媒体会议控制 MMCC MultimediaConferenceControl 系统 SIP的第一个版本 SIPv1 于1996年2月22日作为一个Internet草案提交给IETF SIP协议 续1 同是在1996年2月22日 HenningSchulzrinne也将一份详细说明简单会议邀请协议 SCIP SimpleConferenceInvitationProtocol 的草案提交给IETF IETF最后决定合并这两个协议 并保留了 SIP 作为最终协议的名字 同时将其版本号提升到2 SIP协议 续2 SIPv2的Internet协议草案于1996年12月提交给IETF 它基于HTTP 但是可以使用UDP或者TCP作为传输协议 并使用SDP 会话描述协议 描述多媒体会话 1999年2月 SIP达到了提议标准水平并且作为RFC2543公开出版 2002年初 经过大量增补和修订的RFC2543被重写 并作为RFC3261发布 该标准成为目前设备制造商生产SIP设备遵循的统一标准 SIP的特点 和H 323体系相比 SIP协议的作用类似于H 225 0 完成呼叫控制信令的传送 H 225 0以N ISDN中的Q 931为基础 由ASN 1定义 SIP是一个基于文本的协议 在基于SIP的IP电话系统中 必须使用SDP协议 其作用类似于H 245 用于描述媒体信道的类型和属性 基于文本的SDP媒体描述可以作为消息体方便地嵌入SIP协议报文 从而在呼叫建立的同时完成了媒体信道的建立 因此它采用的是呼叫控制和连接控制合一的方法 有利于呼叫的快速建立 SIP的特点 续1 H 323采用的是对等的体系结构 系统中各网元均为对等实体 在它们之间通过传送对等控制协议来完成呼叫的建立和释放 以及逻辑信道的打开和关闭 SIP系统采用IP网络常用的客户机 服务器 Client Server 结构 SIP系统定义了若干种不同的服务器和用户代理 通过和服务器之间的请求和响应完成呼叫和传送层的控制 在SIP系统中 没有网守这一网络实体 网守担当的寻址 带宽管理 计费信息采集等功能分别由相应的服务器完成 SIP的特点 续2 SIP是一种文本协议SIP可采用多种底层传送协议呼叫和媒体控制信息同时传送 SIP协议栈结构 SIP网络结构 SIP网络结构 续 SIP协议是一个C S协议 呼叫控制请求发出方称为客户 请求接收和处理方称为服务器 用户代理 UA 用户代理客户机 UAC 用户代理服务器 UAS 服务器代理服务器重定向服务器定位服务器 LocationServer SIP协议的功能 SIP的基本功能是建立或终结会话 具体包括5个方面 用户定位用户能力交换用户可用性判定呼叫建立呼叫处理 包括呼叫终结和呼叫转交 transfer 等 SIP消息 SIP协议定义了6个请求消息和6类响应消息 每个SIP消息的格式均相同 只是其调用的请求方法 操作 或响应码不同而已 SIP消息的一般格式 SIP消息 起始行 消息头部空行 消息体 SIP消息 续 起始行 给出SIP协议的版本 调用的请求操作名 被邀用户的当前地址 响应类型等信息 头部 分为通用头部 请求头部 响应头部和实体头部4类 空行 表示消息头部字段的结束 消息体 主要是SDP会话描述 在响应消息中还可能是原因或进展指示文本 SIP请求消息 SIP请求消息的格式 请求消息 请求起始行 通用头部 请求头部 实体头部 空行 消息体 请求起始行 方法请求URISIP版本号 SIP请求消息 续 方法 请求执行的操作 SIP使用6种方法 INVITE 邀请 ACK 证实 BYE 再见 CANCEL 取消 OPTIONS 选择 和REGISTER 登记 请求URI 被邀用户的当前地址 SIP协议使用统一资源定位器 SIPURL 标识SIP资源的地址 SIP版本号 目前设定为SIP 2 0 SIPURL的一般结构 SIPURL的一般结构 SIP 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 Sip j doe Sip j doe secret transport tcp subject projectSip 1 212 555 1212 1234 user phoneSip alice 10 1 2 3Sip alice method REGISTER 方法 INVITE是呼叫处理周期中主叫方发送的第一条信息 用来邀请用户或应用程序加入某会话 INVITE请求的消息体中通常包含会话描述符 INVITE请求基本上用于说明一个呼叫正在被发起 此外还可用于改变一个正在进行的呼叫的参数 称为re INVITE 方法 续1 ACK用于证实客户机已经收到INVITE请求的最终响应 该方法仅和INVITE消息配套使用 并且对于该请求对方不用回送响应 SIP会话建立采用邀请 响应 证实的三次握手过程 SIP会话的三次握手过程 方法 续2 CANCEL用于取消一个尚未完成的请求 对于已完成的请求 已收到最终响应的请求 没有影响 CANCEL方法总是和INVITE方法配合使用 方法 续3 BYE 用户代理客户机程序用BYE方法请求释放呼叫 REGISTER客户端用REGISTER方法向一个注册服务器登记其当前所处的位置 注册可以由用户自己完成 也可以由第三方完成 REGISTER消息还可包含注册的有效时间 一个用户可以同时在几个地点注册 通过这种方法告诉服务器 它应该在所有注册地点查找这个用户 直到这个用户被找到为止 方法 续4 OPTIONS用于询问服务器的性能情况 包括这个服务器所支持的方法和会话描述协议 OPTIONS方法还可以用来查询被叫用户代理的状态 OPTIONS仅用于询问用户代理服务器的能力 代理服务器和重定向服务器并不指示它们自己的能力 主要头部字段 From指示请求发起方的地址 所有请求和响应中都必须包含此字段 该字段的一般格式 From 显示名 tag xxxFrom A G Bell From Sip 12125551212 From Anonymous 主要头部字段 续1 To指明请求接收者的地址 所有请求和响应中都必须包含此字段 该字段的一般格式 To 显示名 tag xxxTo字段和Request URI的区别 Request URI含有信令路径中下一跳的地址 它的值会在路途中被每个代理服务器所改变 To报头通常包含目的方的公用地址 也称为永久地址 它是供远端用户代理处理的 不能被途中的代理服务器所改变 To字段和Request URI区别 主要头部字段 续2 To 续 To TheOperator tag 287447To Sip 12125551212 To字段中的Tag用于区分由同一SIPURL标识的不同的用户实例 主要头部字段 续3 Call ID用于唯一地标识一个特定的呼叫或标识某一客户的所有登记 为多个会话处理SIP信令的服务器使用Call ID可将进入的消息与相应的会话联系起来 对于登记操作 协议要求UAC在向同一个注册服务器发送REGISTER请求时 使用同样的Call ID值 这样注册服务器就可以根据不同REGISTER消息中的CSeq字段判断请求的先后顺序 主要头部字段 续4 Call ID 续 Call ID的一般格式 Call ID 本地标识 主机Call ID f81d4fae 7dec 11d0 a765 00a0c91ebbfb 主要头部字段 续5 CSeqCSeq为命令序号字段 标识同一呼叫控制序列中的不同命令 CSeq的一般格式 CSeq 序号方法名CSeq 4711INVITE 主要头部字段 续6 CSeq 续 在SIP协议中 CSeq序号的递增有两个例外 即要求ACK和CANCEL请求的CSeq值要和对应的INVITE请求相同 主要头部字段 续7 Contact用于INVITE ACK和REGISTER请求以及成功响应 呼叫进展响应和重定向响应中 其作用是给出此后和用户直接通信的地址 REGISTER请求中的Contact头部指明用户的可达位置 注册服务器在成功响应消息中的Contact字段返回该用户当前可达的所有位置 主要头部字段 续8 Contact 续 Contact的一般格式 Contact 地址 q参数 动作参数 失效参数 扩展属性Contact Mr Watson q 0 7 expires 3600 Mr Watson q 0 1 主要头部字段 续9 Record Route和Route这两个报头被那些想要在整个会话过程中位于信令路径中的代理使用 主要头部字段 续10 Via用于指示请求消息经历的路径 请求每经过一个服务器 应根据其地址构造一个新的Via字段 加在Via字段列表的顶端 Via的作用是防止请求消息产生环路 并确保响应和请求消息选择同样的路径 以保证通过防火墙或满足其他特定的选路要求 Via SIP 2 0 UDPerlang bell 5060Via SIP 2 0 UDP10 0 0 1 5060 received 199 172 136 3 主要头部字段 续11 实体字段用来说明消息体的类型和大小 内容类型 Content Type 用于指明消息体的类型 目前共有两种类型 application sdp和text html 内容编码 Content Encoding 用于补充说明消息体的类型 使用户可以采用压缩编码编辑消息体 内容长度 Content Length 给出消息体部分的字节数 响应消息 当服务器收到一个SIP请求消息并执行后 服务器需要根据对请求的执行情况返回一个或多个响应消息 响应消息的一般格式 响应消息 状态行 通用头部 响应头部 实体头部 空行 消息体 状态行 SIP版本号状态码理由短语 响应消息的类型 信息响应 100 199 也称为呼叫进展响应 表示请求已经收到 接收方正在处理该请求 100 正在尝试建立呼叫180 正在振铃181 呼叫正在前转182 呼叫在排队等待服务 响应消息的类型 续1 成功响应 200 299 表示请求已经成功接收 而且完全理解并被接受 200OK 响应消息的类型 续2 重定向响应 300 399 表示呼叫在可以完成之前还需要进一步的处理 300 表示对请求中的地址进行解析时获得了多个选择 301 表示被叫用户已经永久地搬走了 302 表示被叫用户暂时离开了请求中指定的地址 但是呼叫者可以根据响应返回的新地址找到用户 305 表示被叫用户不能直接被访问 而必须通过某个指定的代理服务器代理 380 表示请求的服务无法提供 但是呼叫方可以获得其他可选的服务 响应消息的类型 续3 客户出错响应 400 499 表示请求的语法出错使服务器无法解析 或者该请求不能在此服务器完成 客户机在再次尝试呼叫之前 必须修改该请求 400 表示由于语法错误造成的错误请求 401 在进行这项请求之前 用户先要被认证授权 402 用户欠费 403 服务器虽然理解该请求 但是拒绝提供服务 因为该请求被禁止 404 服务器在当前域中找不到被叫用户 响应消息的类型 续4 客户出错响应 续 405 被叫用户不允许使用请求中的方法 406 被叫用户会产生呼叫者不能理解的响应信息 即响应的编码呼叫方难以接受 407 表示呼叫在行进之前 客户机先要向代理服务器进行认证 408 服务器不能在呼叫者要求的时间内产生响应 410 请求的用户或服务已经从这个服务器离开 并且没有留下前转的地址 411 服务器要求呼叫用户把消息体的长度放在报头中 413 请求实体的大小对于服务器而言太大 它不能处理 响应消息的类型 续5 客户出错响应 续 414 请求URI太大 服务器难以理解并处理 415 请求所要求的媒体类型 服务器不能支持 420 服务器不理解呼叫者尝试使用的协议扩展 480 表示呼叫已经联系到被叫用户所在的端系统 但是暂时无法联系上被叫用户 481 服务器收到的请求无法匹配任何一个对话或者事务 482 检测到消息出现环路 483 请求在到达被叫用户过程中所经过的跳数超过了允许的最大值 响应消息的类型 续6 客户出错响应 续 484 地址不全 485 被叫用户的地址不明确 会产生歧义 486 被叫用户或者繁忙 或者不愿意接受呼叫 响应消息的类型 续7 服务器出错响应 500 599 表示请求是合法有效的 但服务器无法完成指定的操作 500 服务器错误 501 服务器没有提供实现请求的功能 502 作为网关或者代理的服务器从下游的服务器收到了一个无效的响应 503 服务器暂时不能提供服务 可能因为处理过载或者资源耗尽 504 发送该响应的服务器在联系下一跳服务器时 发生了超时 505 服务器不支持请求的SIP协议版本 响应消息的类型 续8 全局故障响应 600 699 表示任何服务器都无法完成此请求 600 表示被叫用户正忙 目前不打算接受该呼叫 603 被叫用户拒绝该呼叫 604 被叫用户在任何地方都不存在 606 被叫用户愿意接受呼叫 但是请求的媒体或其他地方存在不相容性 因此不能接受呼叫 响应消息的类型 续9 带有从100 199之间的状态码的响应被认为是临时响应 从200 699的响应是最终响应 SIP响应码可以扩展 即不要求SIP应用程序理解所有已注册响应码的含义 但是它必须理解所有响应码的类别 不能识别的响应码则作为X00处理 SDP协议 1 功能描述多媒体会话是泛指一组多媒体发送方和接收方以及从发送方至接收方的数据流 为了能够接收到会话 接收者需要知道 会话使用哪个地址所用的UDP目的端口要使用的音频 视频编码器会话的一些信息 如会话的名称 会话主题的简单描述 其他参与者的联系信息会话的活动时间表 SDP协议 续1 1 功能描述SDP描述的信息需要封装在传送协议中发送 典型的会话传送协议包括 SAP SIP RTSP HTTP和使用MIME的Email SDP协议 续2 SDP描述有两个目的 一是告之某会话的存在 二是给出参与该会话所必需的信息 这些信息包括 会话名和目的会话激活的时间区段构成会话的媒体接收媒体所需的信息 地址 端口 格式等 会话所用的带宽信息 任选 会话负责人的联系信息 任选 会话描述的一般格式 SDP会话描述完全是文本形式 采用UTF 8编码的ISO10646字符集 为了减少描述所用的开销 便于差错检测 SDP采用紧凑型编码 并且严格规定了各字段的顺序和格式 SDP会话描述由许多文本行组成 每个文本行的格式均为 会话描述包括两个部分 会话级描述部分和媒体级描述部分 会话描述的一般格式 续 会话级描述部分给出适用于整个会话和所有媒体流的描述信息 以 v 文本行开始 媒体级描述部分给出只适用于该媒体流的信息 它以 M 文本行开始 一个会话描述可包含零个或多个媒体级描述 会话级描述的格式 协议版本v 协议版本 给出SDP的版本号 目前为0版本 无子版本号 会话源o 给出会话发起者的用户名和用户主机地址 以及会话标识和会话版本号 会话级描述的格式 续1 会话名s 会话信息i 供用户编辑会话时输入相应的说明性文字 每个会话描述至多只有一个会话级 i 字段 会话级描述的格式 续2 URIu 给出能提供会议进一步信息的URI地址 为任选字段 每个会话描述最多只能有一个URI字段 Email地址和电话号码e p 给出会议负责人的联系信息 会话级描述的格式 续3 连接数据c 例 c INIP4224 2 1 1 127带宽b 给出会话或媒体所用的带宽 为可选项 带宽值的单位为kbit s 目前定义了两个修饰语 会议总带宽 CT 和应用特定最大带宽 AS 会话级描述的格式 续4 时间描述t r z 给出会话激活的时间区段 允许会话周期性发生 其中 起始时间和终止时间值为NTP时间值的十进制表示 单位为秒 会话级描述的格式 续5 时间描述 续 例 设某会话在三个月的时间内 每周周一上午10时和周二上午11时激活 每次激活1个小时 t 30344236193042462419r 6048003600090000 z 行用于夏时制的时间调整 会话级描述的格式 续6 加密密钥k k 已定义的方法有四种 clear base64 uri和prompt 前三种方法采用第二种格式 最后一种方法采用第一种格式 会话级描述的格式 续7 属性特性属性 表示会话具有该性质a 数值属性 指明会话或媒体类型具有某个特定特征的值a 会话描述举例 媒体级描述的格式 媒体级描述的格式 续1 m行的格式 m 媒体类型 目前定义了5种 音频 视频 应用 数据和控制 端口 指明媒体流发往的传送层端口 传输协议 目前已定义两类协议 一类是RTP AVP 另一类是UDP 媒体格式 对于音频和视频来说 指RTP音频 视频应用文档中定义的媒体净荷类型 媒体级描述的格式 续2 媒体格式 续 例 m audio49232RTP AVP8m audio49232RTP AVP1538静态净荷的媒体编码方式由类型号完全确定 只需媒体格式即可完全定义 称为静态绑定 动态净荷的媒体编码方式 如时钟速率 音频信道数等 并未完全确定 尚需属性行给出进一步的信息 称之为媒体编码和RTP净荷类型的动态绑定 m audio49232RTP AVP98a rtpmap 98L16 16000 2 媒体级描述的格式 续3 媒体格式 续 rtpmap属性行的一般格式 a rtpmap SDP允许使用rtpmap规定的实验性编码格式 其编码名必须冠以 x 前缀 表示此格式尚未正式登记 m audio49232RTP AVP99a rtpmap 99X GSMLPC 8000 SDP的使用 SDP用于构成请求消息和2xx响应消息的消息体 供主被叫用户交换关于呼叫媒体的信息 主叫和被叫的媒体描述必须完全对应 即主叫会话描述中的第n个媒体流 第n个 m 行 对应于被叫会话描述中的第n个媒体流 所有媒体描述都应包含 a rtpmap 描述行 指明从RTP净荷类型至编码的映射 其目的是易于适应静态净荷类型至动态净荷类型的转换 SDP的使用 续1 主叫A1ice在INVITE请求中包含如下会话描述 SDP的使用 续2 被叫Bob不想接收或发送第1个视频流 SIP呼叫控制基本过程 1 登记 登记 登记 续1 S C SIP 2 0200OKVia SIP 2 0 UDPsaturn bell From sip watson bell To sip watson bell Call ID 70710 saturn bell CSeq 1REGISTERContact Expires 3600 登记 续2 注销并更新登记 登记 续3 第三方登记 会话过程 SIP协议支持3种呼叫方式 由主叫UAC向被叫UAS直接呼叫 由主叫UAC在重定向服务器的辅助下进行重定向呼叫 由代理服务器代表主叫UAC向被叫UAS发起呼叫 直接呼叫 直接呼叫 续1 直接呼叫 续2 直接呼叫 续3 直接呼叫 续4 直接呼叫 续5 直接呼叫 续6 代理服务器的类型 SIP定义了3类代理服务器 保留呼叫状态代理 保留状态代理和不保留状态代理 保留呼叫状态代理保留呼叫状态代理需要知道在会话过程中发生的所有SIP事务 因此它们总是处于端用户间传输SIP消息所选取的路径上 这些代理存储从会话建立时起直到会话结束那一刻为止的所有状态信息 保留呼叫状态代理 代理服务器的类型 续1 保留状态代理 也被称做事务状态代理 事务指SIP请求连同它所触发的所有应答 保留状态代理存储与一个给定事务相关的状态信息直到这个事务结束 它不需要位于那些为后续事务发送的SIP消息传送的路径中 保留状态代理 代理服务器的类型 续2 不保留状态代理不保留状态代理不保存任何状态信息 它们接收一个请求 将它发往下一跳 并且立即删除与那个请求相关的所有状态信息 当不保留状态代理收到一个应答时 它仅仅通过分析Via报头来决定路径 并且不为之维持状态 代理分发 代理呼叫 重定向呼叫 扩展SIP 1 扩展的原则 不要破坏工具包方法 对等关系 不要改变方法的语义2 SIP扩展举例 临时响应的可靠