SIP 协议学习总结.docx

SIP 协议学习1 初识SIP 1.1 SIP定义Session Initiation Protocol会话初始协议是基于文本的信令协议。是一个在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议。用来创建、修改和终结一个或多个参与者参加的会话进程。SIP协议可用于发起会话，也可用于邀请成员加入已经用其他方式建立的会话。SIP基于文本编解码。采用事务机制，每一个请求出发Server的操作方法，请求和响应构成一个事务。事务间彼此独立。SIP独立于底层传输协议。SIP协议承载在IP网，传输层协议可用TCP或UDP，推荐首选UDP。SIP支持5方面功能：1. 用户定位：确定通信所用的端系统位置2. 用户能力交换：确定所用的媒体类型和媒体参数3. 用户可用性判定：确定被叫方是否空闲和是否愿意加入通信4. 呼叫建立：邀请和提示被叫，在主被叫之间传递呼叫参数5. 呼叫处理：包括呼叫终结和呼叫转移等1.2 SIP特点1. 一个正在发展和不断研究中的协议。2. 简练、开放、兼容和可扩展等原则。3. 充分注意到因特网开放而复杂的网络环境下的安全问题。4. 充分考虑了对PSTN的各种业务，包括IN（Intelligent Network智能网）业务和ISDN业务（Integrated Services Digital Network综合业务数字网）的支持。2 SIP协议2.1 SIP协议结构1. 最底层的是它的语法和编码层。编码方式是采用扩展的Backus-Naur Form grammar(BNF范式)。2. 第二层是传输层。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SIP要素都包含一个通讯层。3. 第三层是事务层。事务层处理应用服务层的重发，匹配请求的应答，以及应用服务层的超时。任何一个用户代理客户端（user agent client UAC）完成的事情都是由一组事务构成的。有状态的代理服务器包含一个事务层;无状态的代理服务器不包含事务层。4. 事务层之上是事务用户TU。每个SIP实体，除了无状态代理，都是一个事务用户。TU可以创建客户事务，也可以取消客户事务。2.2 SIP网络结构User Agent Client (UAC) 用户代理客户端：是一个逻辑的概念，是请求的创建方。UAC角色只在事务中存在。User Agent Server(UAS) 用户代理服务器：是一个逻辑的实体，对SIP请求做出接受、拒绝或者转发的响应。UAS角色在事务中存在。注： UAC和UAS，是在串行事务处理的原理上定义的。当主叫方A发出INVITE请求的时候，A作为UAC创建一个呼叫动作，当接收到被叫方B的BYE请求的时候，A作为UAS响应。UAC和UAS都可重定向。Proxy Server代理服务器：是中间实体，即作为客户端也作为服务端，为客户端提供请求的转发服务。代理服务器首先提供的是路由服务。Location Server 定位服务器：是Internet中的公共服务器，查询可采用多种协议，如LDAP或基于多播的协议。Redirect Server重定位服务器：产生3xx应答的UAS服务器，指示客户端连接别的URI。2.3 SIP协议要素SIP要素：包含用户代理客户端和服务器，无状态和有状态代理服务器和注册服务器，以及互相区别的核心Cores。Cores：除了无状态代理服务器，都是事务用户。UAC(用户代理客户端)和UAS(用户代理服务端)的cores的行为依赖于实现，对所有的实现都有几个公共原则。对UAC来说，这些规则约束请求的建立；对UAS来说，这些规则约束请求的处理和应答。UAC Core：在事务层和传输层之上实现的功能集合。UAS Core：在事务层和传输层之上实现的功能集合。2.3.1 服务器类型Server服务器：用来接收请求、处理请求并且发送回应给请求方。典型的服务器有代理服务器，重定向服务器，登记服务器。Proxy Server代理服务器：是中间实体，即作为客户端也作为服务端，为客户端提供请求的转发服务。代理服务器首先提供的是路由服务。Redirect Server重定向服务器：产生3xx应答的UAS服务器，指示客户端连接别的URI。Registrar Server登记服务器：接收REGISTER请求的服务器。将请求的信息放到定位服务器中，以便定位服务器方便查找位置信息。2.3.2 常用术语Call呼叫：非正式的术语，指在端点之间的通讯行为，通常用于建立多媒体对话。Dialog对话：持续一段时间的两个UA之间的端到端的SIP连接。一个对话由SIP消息建立，例如对INVITE请求回应的2xx响应。用Call-id，local tag，remote tag来唯一标志一个对话。Session会话：一个多媒体会话是一个由多媒体发送方和接受方组成得集合，并且包括在发送方和接受方之间的数据流。一个多媒体会议是一个典型的多媒体会话。SDP中定义的会话可由一个或多个RTP（实时传输协议）组成。一个被叫方可被多次邀请，被不同的呼叫方邀请到同一个会话。一个会话可由SDP用户名，session id, 网络类型，地址类型和地址元素的连接组成。事务：客户端和服务端的事件，包括了从第一个由客户端发送到服务端的请求，到最后一个（非1xx）服务端向客户端发出得终结应答。如果请求是一个INVITE请求，并且终结应答是非2xx的应答，则事务还包括一个ACK给服务器做应答。给INVITE请求的2xx应答的ACK回应，是一个独立的事务。Message消息：SIP元素之间传送的协议数据。SIP消息可以是请求或者应答。Method方法：在服务器请求处理的主要功能。REGISTER用于登记联系信息，INVITE，ACK, CANCEL用于建立会话，BYE用于结束会话，OPTIONS用于查询服务器负载。Request请求：客户端发到服务端的SIP信息，用于执行特定得功能。INVITE、ACK、OPTION、BYE、CANCEL都是请求消息。Response应答：服务端发到客户端的SIP信息，用来标志从客户端发往服务端的请求处理得情况。Provisional Response临时应答：服务器用来标志正在处理的应答，本应答并不结束一个SIP事务。1xx应答就是临时的，其他应答标志着事务的结束。Final Response终结响应：终止SIP事务的应答。所有的2xx，3xx，4xx，5xx，6xx响应都是终结响应。2.3 SIP协议消息SIP消息采用文本方式编码，分两类：请求消息和应答消息。请求消息和响应消息的格式，一般由起始行、若干消息头和消息体构成。SIP一般消息 = 起始行*消息头CRLF（空行）消息体起始行 = 请求行/状态行（SIP请求消息起始行是请求行RL，响应消息起始行是状态行SL）每一个头域都由一个域名加上冒号（“:”）和域值组成。Field-name:Field-value2.3.1 请求消息Request请求消息：客户端发到服务端的SIP信息，用于执行特定得功能。INVITE、ACK、OPTION、BYE、CANCEL都是请求消息。INVITE：发起会话请求。用于邀请用户加入一个会话，会话描述消息体中。它在SIP报头中包含了呼叫方、Call-ID、被叫方、呼叫顺序编号和其他内容。也可以在呼叫过程中通过INVITE请求修改呼叫的操作状态（如让一方等待）。INVITE消息通常包含呼叫参数的SDP说明，如媒体类型和传输地址。当提供了SDP参数的多个选择时，选定的那个在应答消息中和200 OK一起返回。ACK：证实已收到对于INVITE请求的最终响应。该消息仅和INVITE消息配套使用，且是已被成功接受（编码200）的INVITE请求用ACK应答。ACK消息可能包含被叫方的媒体类型能力的SDP描述。如果成功应答中没有包含SDP说明，最初的INVITE消息中的SDP参数将被用于媒体连接。BYE：结束会话。发送端终止介质流，认为呼叫已经终止，而不对对端的应答做出确认。CANCEL：取消尚未完成的请求，对于已完成的请求（既已经收到最终响应的请求）没有影响。也就是说，如果SIP服务器已收到一个INVITE请求但仍没有返回一个最终应答，收到一个CANCEL后，将停止处理这个INVITE呼叫；如果已为INVITE呼叫返回了最终应答，则CANCEL请求对这个事件无效。CANCEL方法必须通过SIP报头中的Call-ID、Cseq、TO和FROM等值明确标示呼叫。REGISTER：客户端用REGISTER方法向SIP服务器注册TO报头域中列出的地址，通知当前所处位置。注册可由用户完成，也可由第三方完成，在FROM中进行指定。REGISTER消息也包含注册附属的时间。一个用户可同时在几个地点注册，通过这个方法告诉服务器，需要子啊所有注册地点查找该用户，直到用户被找到为止。OPTIONS：查询服务器的能力，包括服务器所支持的方法和SDP。如用户在某服务器上登记并处于在激活状态，该用户代理收到请求OPTIONS后就可发回响应消息，告知其能力集。被叫用户代理还可回复忙闲等状态，并应回复一个Allow头部字段，指示它支持的方法。2.3.2 应答消息Response应答消息：服务端发到客户端的SIP信息，用来标志从客户端发往服务端的请求处理得情况。应答消息由状态码来区分，状态码包含三位整数。第一位用于定义响应类型，其余两位用于进一步对响应码进行更加详细的说明。响应码主要有以下六种：1xx：临时应答请求已经接收，正在处理这个请求。2xx：成功处理请求已经成功接收，并且正确处理了这个请求。3xx：重定向需要附加的操作才能完成这个请求，本请求转发到其他的服务器上处理。4xx：客户端错误请求包含错误的格式或者不能在这个服务器上完成。5xx：服务器错误服务器不能正确的处理这个显然合法的请求。3 呼叫流程3.1 用户注册流程1. 用户首次试呼时，终端代理A 向代理服务器发送REGISTER 注册请求；2. 代理服务器通过后端认证/计费中心获知用户信息不在数据库中，便向终端代理回送401 Unauthorized 质询信息，其中包含安全认证所需的令牌；3. 终端代理提示用户输入其标识和密码后，根据安全认证令牌将其加密后，再次用REGISTER 消息报告给代理服务器；4. 代理服务器将REGISTER 消息中的用户信息解密，通过认证/计费中心验证其合法后，将该用户信息登记到数据库中，并向终端代理A 返回成功响应消息200 OK。3.2 用户呼叫流程根据上述的呼叫信息，对其进行详细的讲解。1. 主叫方“+861069690069”发起语音呼叫，主叫方地址：10，向代理服务器（10:）发送INVITE请求，需要和被叫方“69690067”建立呼叫。2. 代理服务器收到主叫方，发送的INVITE请求后，回复100 Trying。100 Trying表示代理服务器已经收到了INVITE请求，不需要UAC，即主叫方启用INVITE重发定时间，再次发送INVITE消息。3. 代理服务器需要主叫方的鉴权数据。4. 主叫方收到代理服务器的鉴权要求，回复100 Trying。5. 主叫方“+861069690069”再次发出INVITE请求，这次INVITE中携带了其鉴权信息。6. 代理服务器收到主叫方，发送的INVITE请求后，回复100 Trying。7. 代理服务器对收到的INVITE消息进行合法性检查，检查通过后，在注册服务器上查找被叫，是否存在这样的注册被叫号码，如果被叫不存在向主叫方发送404消息结束本次呼叫请求，否则，想被叫注册的地址发送呼叫请求INVITE消息。8. 被叫方收到INVITE请求消息后，回复100 Trying。并对INVITE消息的合法性检测。9. 被叫方对INVITE消息的合法性检测通过后，开始振铃，并且向代理服务器发送180，表示被叫方开始振铃，主叫方停回铃音或彩铃。10. 代理服务器收到180后，修改代理服务器的状态机状态，修改为振铃状态，并且发送振铃消息给主叫方，主叫方停回铃音。11. 被叫方摘机，向代理服务器发送200 OK消息，表示被叫方已经摘机。12. 代理服务器收到200 OK消息后修改状态机，并且发送200 OK消息到主叫，告诉主叫，被叫已经接通。13. 主叫收到200 OK后，打开媒体通道，建立通话，并且向代理服务器发送ACK消息，表示已经收到200 OK消息。14. 代理服务器收到ACK后，向被叫方发送200 OK对应的ACK消息，表示200 OK消息已经收到，并且主叫和被叫可以进行通话。15. 被叫发送收到ACK消息后，通话建立成功。16. 通过以上11个步骤，通话终于建立成功。17. 主叫方挂机，向代理服务器发送BYE消息。18. 代理服务器收到，BYE消息后，确认挂机后，向主叫方发送200 OK，表示主叫方已经成功挂机，并且向被叫方发送BYE消息，通知其挂机。19. 被叫方收到BYE消息后，确认挂机，并且回复200 OK，表示挂机操作已经成功完成。20. 经过以上步骤，通话到此结束。在该次呼叫中，（1）-（6）和（10）、（12）、（13）一起组成一个事务。终端A和代理服务器之间的建立起一个对话，代理服务器和终端B之间建立了一个对话。终端A发给代理服务器的INVITE请求如下：INVITEsip:69690067;user=phoneVia: SIP/2.0/UDP10:5060;branch=z9hG4bK-1c6-6f0cc-66d0e581SIP/2.0From:+861069690069;tag=8741b8-ac1014d2-13c4-1c6-10e9bfd8-1c6To:Call-ID:88CSeq: 1 INVITEMax-Forwards: 70Contact: Content-Type: application/SDPContent-Length: 236第一行INVITE是一个请求类型，后面跟的是请求的头域。VIA域包含了请求方+861069690069接收发送请求的服务器地址，branch是用来标志请求方+861069690069和服务器会话事务的分支参数。FROM域包含了请求方的显示姓名+861069690069和一个SIP或者SIP URI，这个URI标志请求的原始发起者。该域包含一个TAG参数，该参数是SIP电话在URI上增加的用于标志一个随机字串。 TO域包含了接收发的显示姓名69690067和一个SIP或者SIPS URI，请求会首先传输到这个URI中。Call_ID包含全局的唯一标识，来唯一标志一个呼叫。Cseq（Command Sequence）包含一个整数和一个请求名字，该值是顺序递增的。对话中每发起一个新的请求都会因此该值的顺序递增。Contact域包含一个SIP或者SIP URI来表示访问请求方+861069690069的直接方式，通常由用户名和一个主机的全名（FQDN）组成。当FQDN作为首选的时候，许多终端用户由于不会由名字登记而导致不能够访问请求方+861069690069的主机，所以IP地址是可选的。Content-type