SIP协议及其在视频监控系统中的应用.ppt

1、http/:,SIP协议及其在视频监控系统中的应用,SIP协议,什么是SIP？ SIP的设计原则 SIP的架构 SIP的层次 SIP的主要机制 SIP的鉴权 SIP的消息格式 SIP的主要流程 SIP事务 SIP在视频监控系统中的应用,什么是SIP?,SIP是一个应用层的信令控制协议。 用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。 SIP可以邀请参与者加入一个已经存在的一个会话中，例如一个多播会议。 SIP可以动态的在会话中添加和删除媒体数据。 SIP支持名字映射和重定向服务。,什么是SIP?,SIP的会话控制功能 会话维护 会话协商内容不作任何限制（比如终端的能力，终端的数据端口号等等）可以

2、使用SDP或者其他的协议进行协商，这一点使得SIP有很好的扩展性。 会话中可以承载的数据 语音/视频 即时消息 其他的自定义数据 游戏 SIP的名字映射功能 SIP使用SIP逻辑地址来映射实际地址。这样用户发起呼叫时，不需要知道目标的真正地址，就可以达到呼叫的目的。这样可以很方便实现终端的移动性。,SIP协议,什么是SIP？ SIP的设计原则 SIP的架构 SIP的层次 SIP的主要机制 SIP的鉴权 SIP的消息格式 SIP的主要流程 SIP事务 SIP在视频监控系统中的应用,SIP的设计原则,模仿HTTP1.1的风格 重用HTTP编码，所有消息基于文本，便于开发，使用UTF-8字符集 重用

3、Internet寻址方案。使用RFC2369中定义的URI和URL格式。可以非常的灵活的和其他遵循这一定义的协议协作。 对底层传输协议不做假设 可以使用于多种协议，如UDP,TCP,TLS,SCTP等等。 虽然对底层传输协议不做假设，但是需要注意的是，它仍然将底层协议分为两类。一类为不可靠的数据报传输协议（unreliable datagram transports），一类为流式的传输协议（ stream-oriented transports）。区分这两类协议的主要目的在于，在是否重传消息时需要区别对待。 最常用的协议为UDP协议。,SIP的设计原则,逻辑地址和联系地址相分离 逻辑地址用于标

4、志用户 联系地址用于表明用户当前的位置，即当前的实际地址,SIP协议,什么是SIP？ SIP的设计原则 SIP的架构 SIP的层次 SIP的主要机制 SIP的鉴权 SIP的消息格式 SIP的主要流程 SIP事务 SIP在视频监控系统中的应用,SIP的架构,采用客户端/服务器（C/S）架构 主要单元 用户代理（User Agent） SIP服务器（Servers） 代理服务器（Proxy） 重定向服务器（Redirector） 注册服务器（Registar）,SIP的架构,代理服务器（Proxy） 用来接收请求，并寻找请求传送的下一条地址，转发请求。 可以分为有状态的和无状态的。 有状态的代理服

5、务器记住它接收的请求，回送的响应以及它转出的请求。 无状态的代理服务器则不记录任何请求相关的信息。 重定向服务器（Redirector） 不转发请求，而是向请求发出者发送重定向响应，指示被呼叫方的地址。 注册服务器（Registar） 完成用户代理的注册和注销功能 接收管辖范围内的用户代理的注册请求，并将用户代理的真实地址记录在定位服务器中。,SIP协议,什么是SIP？ SIP的设计原则 SIP的架构 SIP的层次 SIP的主要机制 SIP的鉴权 SIP的消息格式 SIP的主要流程 SIP事务 SIP在视频监控系统中的应用,SIP的层次,语法和编码层 这层定义了SIP的语法和编码格式 SIP使

6、用 Augmented BNF 来定义所有的SIP消息格式 SIP-URI = sip: userinfo hostport uri-parameters headers SIPS-URI = sips: userinfo hostport uri-parameters headers userinfo = ( user / telephone-subscriber ) : password user = 1*( unreserved / escaped / user-unreserved ) user-unreserved = / ? / / password = *( unreserved

7、 / escaped / rport;branch=z9hG4bK4009098743 From: ;tag=1419225769 To: Call-ID: 82923786304 CSeq: 20 INVITE Contact: Max-Forwards: 5 User-Agent: mediasip/2.0 Subject: Media Sip Expires: 120 Allow: INVITE, ACK, UPDATE, INFO, CANCEL, BYE, OPTIONS, REFER, SUBSCRIBE, NOTIFY, MESSAGE Content-Typ

8、e: application/sdp Content-Length: 206 。,SIP消息格式,一个SIP消息回应的例子 SIP/2.0 200 OK Record-Route: Via: SIP/2.0/UDP 04:5060;rport=5060;branch=z9hG4bK4009098743 From: ;tag=1419225769 To: ;tag=1745846615 Call-ID: 82923786304 CSeq: 20 INVITE Contact: Allow: INVITE, ACK, OPTIONS, CANCEL, BYE

9、, SUBSCRIBE, NOTIFY, MESSAGE, INFO, REFER, UPDATE Content-Type: application/sdp Content-Length: 249 。,SIP消息格式,采用UTF-8编码 格式和HTTP协议基本相同 SIP地址 通常的格式为 sip:user:passwordhost:port;uri-parameters?headers uri-parameters为附加的URL参数。格式为 parameter-name = parameter-value 多个参数以分号分隔开（；） 可扩展，SIP实体必须忽略不认识的URL参数 heade

10、rs为构建请求时添加的附加头域。这个部分通常不出现在SIP消息中，格式为 hname = hvalue 多个参数以与号分隔开（header-paramsters 大部分多个相同的头域可以压缩为一个，多个field-value之间使用逗号（，）分隔开，例如，下面两个是等价的 Route: Route: Route: 消息可以根据需要携带不同消息头，有些消息头是必须的，比如From，To， Call-ID，CSeq，Max-Forwards，Via From 一般用来表示消息的发起者的逻辑地址，在REGISTER消息中表示注册的发起者。响应消息中的From头和请求消息中的一样，并不是变成了请求中的

11、To头。 To 一般表示消息的接收者的逻辑地址，在REGISTER消息中表示本次注册的逻辑地址。在请求消息中不携带tag字段，在响应中由回应方分配。 Call-ID 会话的标志，和From，To中的 tag 参数一起标志一个会话。为保证唯一性Call-ID的一般格式为：伪随机数+”+主机名或IP地址。在同一个会话中的所有消息这三个字段必须相同。如果是会话之外消息，则没有什么要求。 CSeq 会话中的消息的序号+消息方法名。用来区分一个会话中的不同消息请求，消息序号是一个递增的值。会话外的消息对序号没有要求，但是消息方法名要和请求起始行中相同。 Max-Forwards 消息的最大转发数，防止消

12、息在网络中因为不可知的原因产生环路以后，不会无限制的消耗网络和服务器的资源。服务器在转发请求时，先要将这个值减一再发送。,SIP消息格式,Via 用来记录消息相应的返回地址。 branch参数按照RFC3261中的规定必须是唯一的，用来标志一个SIP事务，但在老版本的SIP标准（RFC2543）中并不是唯一的。为了区别这两种情况，RFC3261中规定，branch参数的开始7个字符必须为“z9hG4bK”。只有在两种情况下可以不唯一： 针对会话请求的非成功（non-2xx）响应的ACK，它的branch字段需要和对应的INVITE一样。用来联系这个ACK和INVITE，而对成功（2xx）响应的

13、ACK，它的branch字段和对应的INVITE是不同的。 CANCLE方法，它的branch字段需要和要取消的请求消息相同，用来标志所要取消的事务。 Contact 这个消息头用来指示通讯方的实际地址，这个不同于From和To中记录的的逻辑地址。 在REGISTER中携带的Contact表示要绑定到逻辑地址（To）上的实际地址。 User-Agent 标识SIP代理程序 Subject 标识一个会话的主题，通常只有INVITE消息才携带这个头字段。 Expires 在INVITE中表示这次呼叫建立过程的最大时长，如果超过这个时间还没有建立成功，呼叫就失败了。发起者应该发送CANCEL取消这次

14、呼叫，而接受者应该回应一个487的错误。 在REGISTER中，表示这次注册绑定的有效时间，如果为0则表示注销。,SIP消息格式,Content-Type 指定消息体的媒体类型 Content-Length 指定消息体的长度 Route 用来指定消息所要经过的服务器。 当中间服务器在接收到消息时，需要根据是否携带 lr 参数来做不同的动作。 如果携带 lr 参数，表示是根据RFC3261指定的路由，服务器只要检查第一个Route头是否为自己，如果为自己，将它从消息中移除，然后将消息发给下一个Route字段或者Request-URI中的携带的地址。 如果没有lr参数，表示是依据RFC2543指定

15、的严格路由。在消息发送的时候发现第一个Route字段没有lr参数，需要将这个Route中的地址，填写到Request-URI中，而将Request-URI作为一个Route字段添加在所有Route字段之后。遵照RFC3261的代理服务器收到一个请求时，需要检查Request-URI是否指向的是自己曾经在Record-Route填写的内容。如果是的话，需要从最后一个Route字段中恢复真正的Request-URI。出现这个现象的原因可能是因为上一跳是一个遵从RFC2543的SIP服务器。 Record-Route 如果中间服务器仍然需要出现在会话的后续请求中，那么它需要在响应中在所有其他的Rec

16、ord-Route字段之前添加这个字段，填上自己的地址，遵从RFC3261的中间服务器必须加上 lr 参数。 会话的发起方在发送后续的请求中，需要将所有的Record-Route头字段依顺序转换成Route字段。 Allow 用来表示SIP实体可以接收处理的SIP方法。,SIP协议,什么是SIP？ SIP的设计原则 SIP的架构 SIP的层次 SIP的主要机制 SIP的鉴权 SIP的消息格式 SIP的主要流程 SIP事务 SIP在视频监控系统中的应用,SIP的主要流程,一般的消息流程 采用C/S架构 客户端发起请求 服务器端给回应,SIP的主要流程,请求消息（以 MESSAGE 方法为例） M

17、ESSAGE sip:5:5065 SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP 04:5060;rport;branch=z9hG4bK1495426073 From: ;tag=2717189648 To: Call-ID: 251252407810318334310450601031833431045060 CSeq: 1 MESSAGE Contact: User-Agent: SIP .NET 1.0 evaluation version Max-Forwards: 70 Content-Type: application/global_e

18、ye_v10+xml Content-Length: 312 。 回应消息 SIP/2.0 200 OK Via: SIP/2.0/UDP 04:5060;rport=5060;branch=z9hG4bK1495426073 From: ;tag=2717189648 To: ;tag=980420199 Call-ID: 251252407810318334310450601031833431045060 CSeq: 1 MESSAGE Max-forwards: 70 User-agent: SIP .NET 1.0 evaluation version Allow:

19、 INVITE, ACK, OPTIONS, CANCEL, BYE, SUBSCRIBE, NOTIFY, MESSAGE, INFO, REFER, UPDATE Content-Type: application/global_eye_v10+xml Content-Length: 375 。,SIP的主要流程,注册流程 终端向注册服务器发起第一个注册请求，不携带任何鉴权信息 如果注册服务器不需要认证，那么，就直接返回200 OK，否则返回401错误，并在响应中携带服务器的认证挑战信息（nonce）。 终端向注册服务器发起第二个注册请求，其中携带用来认证的用户和密码信息。密码是以结合挑战

20、信息（nonce）用MD5加密之后传递的。 注册服务器使用终端同样的算法计算结果，和请求中的值相比较。如果认证通过，那么记录下请求中的地址绑定信息。,SIP的主要流程,注册请求一 REGISTER sip:04:5900 SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP 04:5900;rport;branch=z9hG4bK1525468063 From: ;tag=4224369265 To: Call-ID: 9551429704 CSeq: 1 REGISTER Contact: Max-Forwards: 5 Expire

21、s: 300 Content-Length: 0 401 回应 SIP/2.0 401 Unauthorized Via: SIP/2.0/UDP 04:5900;rport=5900;branch=z9hG4bK1525468063 From: ;tag=4224369265 To: ;tag=3878116472 Call-ID: 9551429704 CSeq: 1 REGISTER WWW-Authenticate: Digest realm=testrealm, nonce=42385386681596732431151298277, opa

22、que=42385386681596732431151298277, qop=auth Allow: INVITE, ACK, OPTIONS, CANCEL, BYE, SUBSCRIBE, NOTIFY, MESSAGE, INFO, REFER, UPDATE Content-Length: 0,SIP的主要流程,注册请求二 REGISTER sip:04:5900 SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP 04:5900;rport=5900;branch=z9hG4bK3241190465 From: ;tag=4224369265 T

23、o: Call-ID: 9551429704 CSeq: 2 REGISTER Contact: Authorization: Digest username=test, realm=testrealm, nonce=42385386681596732431151298277, uri=sip:04:5900, response=f7f90e49a7744311e51c001d6166ecc4, algorithm=MD5, cnonce=0a4f113b, opaque=42385386681596732431151298277, qop=auth,

24、 nc=00000001 Max-forwards: 5 Expires: 300 Content-Length: 0 200 OK回应 SIP/2.0 200 OK Via: SIP/2.0/UDP 04:5900;rport=5900;branch=z9hG4bK3241190465 From: ;tag=4224369265 To: ;tag=2180340491 Call-ID: 9551429704 CSeq: 2 REGISTER Contact: ;expires=300;q=1.0 Allow: INVITE, ACK, OPTIONS

25、, CANCEL, BYE, SUBSCRIBE, NOTIFY, MESSAGE, INFO, REFER, UPDATE Content-Length: 0,SIP的主要流程,呼叫流程 呼叫发起方发起呼叫，使用 INVITE 消息 呼叫接受方返回 1xx 响应，表示已经收到请求，在进一步的处理。这时可能用振铃提示用户有呼叫呼入。 用户应答以后，发送200 OK响应，表示接受呼叫。 呼叫发起方发送 ACK，用来确认呼叫的应答已经收到。 对于呼叫发起方来说，收到200 OK发送ACK之后，就认为呼叫已经建立成功。如果长时间没有收到回应，可以使用 CANCEL 方法取消呼叫。 而对于呼叫接受方来

26、说，在收到ACK之后，才认为呼叫已经建立成功。如果在发送200 OK响应之后长时间没有收到ACK。可以使用 BYE 方法结束呼叫。 取消流程 取消请求只对呼叫发起方有效。接受方如果不能建立呼叫，要么直接发送错误响应（3xx-6xx），要么在发送成功响应（2xx）之后，用 BYE 方法结束会话。 在INVITE发出之后和收到任何的1xx消息之间不可以发送。因为这时候如果发出，因为网络的原因可能导致CANCEL消息先于INVITE到达接受方。 在收到1xx消息后，可以发送CANCEL消息。 呼叫接受方在收到CANCEL时如果还没有对呼叫发送最终的响应，那么应该立即发送487响应（Request T

27、erminated）。如果已经发送了响应，那么就不理睬这个CANCEL消息。 如果发起方在发送CANCEL仍然收到了呼叫建立成功的响应，如果这时仍然想结束呼叫，那么应该使用 BYE 消息。这种情况通常是发生在CANCEL到达接受方之前，接受方发送了成功响应。 在收到最终响应后，不可以发送CANCEL消息。,SIP的主要流程,INVITE请求 INVITE sip:1800620002652738273:5360 SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP 04:5060;rport;branch=z9hG4bK4009098743 From: ;t

28、ag=1419225769 To: Call-ID: 82923786304 CSeq: 20 INVITE Contact: Max-Forwards: 5 User-Agent: mediasip/2.0 Subject: Media Sip Expires: 120 Allow: INVITE, ACK, UPDATE, INFO, CANCEL, BYE, OPTIONS, REFER, SUBSCRIBE, NOTIFY, MESSAGE Content-Type: application/sdp Content-Length: 206 。 1xx响应 SIP/2

29、.0 101 Dialog Establishement Via: SIP/2.0/UDP 04:5060;rport=5060;branch=z9hG4bK4009098743 From: ;tag=1419225769 To: ;tag=1745846615 Call-ID: 82923786304 CSeq: 20 INVITE Contact: Allow: INVITE, ACK, OPTIONS, CANCEL, BYE, SUBSCRIBE, NOTIFY, MESSAGE, INFO, REFER, UPDATE Content-Leng

30、th: 0 。,SIP的主要流程,2xx 响应 SIP/2.0 200 OK Via: SIP/2.0/UDP 04:5060;rport=5060;branch=z9hG4bK4009098743 From: ;tag=1419225769 To: ;tag=1745846615 Call-ID: 82923786304 CSeq: 20 INVITE Contact: Allow: INVITE, ACK, OPTIONS, CANCEL, BYE, SUBSCRIBE, NOTIFY, MESSAGE, INFO, REFER, UPDATE Co

31、ntent-Type: application/sdp Content-Length: 249 。 ACK 确认 ACK sip:1800620002652738273:5360 SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP 04:5060;rport;branch=z9hG4bK444599471 From: ;tag=1419225769 To: ;tag=1745846615 Call-ID: 82923786304 CSeq: 20 ACK Contact: Max-Forwards: 5 User-Agent: medi

32、asip/2.0 Content-Length: 0 。,SIP协议,什么是SIP？ SIP的设计原则 SIP的架构 SIP的层次 SIP的主要机制 SIP的鉴权 SIP的消息格式 SIP的主要流程 SIP事务 SIP在视频监控系统中的应用,SIP事务,SIP事务的分类 因为呼叫建立的过程和其他的消息过程相比较特殊，也要复杂一些。所以特别的将所有事务区分为 INVITE 事务和非 INVITE 事务。再加上客户端和服务端的组合就分为如下四种： INVITE 客户端事务（INVITE Client Transaction） INVITE 服务端事务（INVITE Server Transacti

33、on） 非INVITE客户端事务（non-INVITE Client Transaction） 非INVITE服务端事务（non-INVITE Server Transaction） SIP事务中的定时器 当SIP使用不可靠的传输协议（如UDP），SIP协议定义了一些列的定时器，来进行重传和超时控制，尽可能的保证消息能够可靠的传输。 T1用来表示数据包的估计往返时间（默认值为500毫秒） T2用来表示非INVITE事务服务器的估计响应时间（默认值为4秒） T4用来表示网络中消息的估计存在时间（默认值为5秒） SIP事务中请求和响应的匹配 当用响应匹配请求时，规定使用Via字段的branch参数

34、来区别，另外还要比较CSeq中的方法字段，以便区别是针对CANCEL还是针对被取消的请求。 当用请求匹配请求时 如果branch字段的开始为“z9hG4bK”，那么表示这个请求是依照RFC3261发出的，需要匹配branch，以及CSeq中的方法部分。（ACK需要对应INVITE，其它的请求方法必须相同） 如果branch字段的开始不为“z9hG4bK”，那么表示这个请求是按照RFC2543发出的，需要用Request_URI,To tag,From tag,Call-ID,CSeq number,以及第一个Via头等等。,SIP事务,INVITE 客户端事务 Timer A用来控制INVIT

35、E请求消息的重传间隔。初始为T1（默认为500毫秒），每次重传之后，就翻倍。 Timer B用来控制INVITE在没有收到任何响应的情况下，最大的重传总时间。为 64 倍的T1。那么在没有收到任何响应的情况下重传间隔如下 T1,2*T1,4*T1,8*T1,16*T1,32*T1 Timer D 用来控制收到错误响应之后，对每个响应回应ACK的最大持续时间 收到2XX以后，就到了结束状态，并不包含ACK，因为对于不同的TU，在收到200 OK响应之后，可能会作不同的动作。对于客户端来说，需要发送ACK回应，而对于中间服务器来说，只需要转发回应就可以了。 在Proceeding状态，没有任何的定

36、时器来进行状态跳转的。这就出现了一个问题。如果服务器在发送1xx响应之后，出错了，不再发送后续的响应。那么这时客户端的呼叫就会一直保持在这个状态。这就需要由TU来控制会话的最大建立时间，如果在这个时间到达之后，会话还没建立成功，就取消呼叫请求，并释放资源。,SIP事务,INVITE 服务端事务 Timer G用来控制错误响应的重传间隔。初始值为T1，每次重传之后就翻倍，直到大于T2之后，就变成T2。 Timer H用来控制错误响应重传总时长。值为64*T1。这样由Timer G控制的错误响应重传时间间隔为： T1,2*T1,4*T1,T2,T2,T2,T2,T2,T2,T2 Timer I用来

37、吸收客户端重传的ACK确认包。 在Proceeding和Completed状态下，如果收到了INVITE请求消息，都需要重传最后一个响应。 收到2xx消息时，和INVITE类似，立即转到了Terminated状态，后续的ACK响应以及它的重传都是由TU来控制的。 同样的和 INVITE 客户端事务中的Proceeding状态类似，也没有任何的定时器来触发状态的跳转。如果TU由于某种原因再也不发送响应，那么呼叫资源就会一直占用。这里也需要呼叫最大建立时间的限制。,SIP事务,非INVITE客户端事务 Timer E 用来控制请求消息的重传间隔。初始值为T1，每次重传之后翻倍，直到大于T2之后，就

38、使用T2。如果收到了零时响应，Timer E仍然存在，只不过将值直接置为T2。 Timer F 用来控制消息重传的总时长。值为 64*T1。这样由Timer E控制在没有零时响应情况下的请求重传时间间隔为： T1,2*T1,4*T1,T2,T2,T2,T2,T2,T2,T2 Timer K用来吸收服务端重传的响应。值为T4,SIP事务,非 INVITE 服务端事务 Timer J用来吸收客户端重传的消息请求。值为 64*T1。 在Proceeding和Completed状态下，如果收到了INVITE请求消息，都需要重传最后一个响应。 和前面类似Trying和Proceeding两个转态下没有任

39、何的定时器来实现状态跳转，如果TU不发送任何的回应，那么这个消息状态就一直会存在下去。也需要有一个超时机制来释放资源。,SIP协议,什么是SIP？ SIP的设计原则 SIP的架构 SIP的层次 SIP的主要机制 SIP的鉴权 SIP的消息格式 SIP的主要流程 SIP事务 SIP在视频监控系统中的应用,SIP在视频监控系统中的应用,使用SIP+XML来传递信令消息 使用 MESSAGE 方法。 信令使用 XML 携带。 采用 SIP 消息的重传来尽力保证消息的可靠传递。 使用SIP+SDP来建立媒体会话 使用 INVITE 方法来建立呼叫。 使用SDP来协商媒体格式，传输地址，等等。 使用OP

40、TIONS信令来检测会话双方是否存在。 使用标准的SIP协议来建立呼叫，比较容易和别的系统融合。比如说和视频会议系统，IPTV系统等。,SIP在视频监控系统中的应用,视频监控的示意性流程,SIP在视频监控系统中的应用,穿越NAT的原理 什么是NAT? NAT就是网络地址转换。主要是因为IPV4网络地址的缺乏而采用的技术。NAT内的主机一般使用私网地址（如10.xxx.xxx.xxx，192.168.xxx.xxx），访问外部网络时使用公共的公网地址。因为私网地址是不能出现在互联网上的。这就需要将私网的地址转换成公网地址。 NAT的工作原理 当NAT的主机向NAT外发送数据包时，NAT设备以这个源地址和端口号为标志或索引在公网一侧分配一个端口号，并以这个端口号将数据包发送出去。当在这个端口号接收到外部发来的数据包时，又会根据映射关系，将数据包转发给内部的地址和端口号。 NAT的端口映射的有效期对于TCP来说，是连接断开就结束。而对于UDP来说，一般会有一个超时时间