sip协议详细分析与实现

　　SIPSIP（Session IniTIaTIon Protocol）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。这些会话可以是Internet多媒体会议 、IP电话或多媒体分发。会话的参与者可以通过组播（mulTIcast）、网状单播（unicast）或两者的混合体进行通信。

　　SIP与负责语音质量的资源预留协议（RSVP） 互操作。它还与若干个其他协议进行协作，包括负责定位的轻型目录访问协议（LDAP）、负责身份验证的远程身份验证拨入用户服务 （RADIUS） 以及负责实时传输的 RTP 等多个协议。

　　SIP 的一个重要特点是它不定义要建立的会话的类型，而只定义应该如何管理会话。有了这种灵活性，也就意味着SIP可以用于众多应用和服务中，包括交互式游戏、音乐和视频点播以及语音、视频和 Web 会议。SIP消息是基于文本的，因而易于读取和调试。新服务的编程更加简单，对于设计人员而言更加直观。SIP如同电子邮件客户机一样重用 MIME 类型描述，因此与会话相关的应用程序可以自动启动。SIP 重用几个现有的比较成熟的 Internet 服务和协议，如 DNS、RTP、RSVP 等。不必再引入新服务对 SIP 基础设施提供支持，因为该基础设施很多部分已经到位或现成可用。

　　对 SIP 的扩充易于定义，可由服务提供商在新的应用中添加，不会损坏网络。网络中基于 SIP 的旧设备不会妨碍基于 SIP 的新服务。例如，如果旧 SIP 实施不支持新的 SIP 应用所用的方法/标头，则会将其忽略。

　　SIP 独立于传输层。因此，底层传输可以是采用 ATM 的 IP。SIP 使用用户数据报协议（UDP） 以及传输控制协议（TCP），将独立于底层基础设施的用户灵活地连接起来。SIP 支持多设备功能调整和协商。如果服务或会话启动了视频和语音，则仍然可以将语音传输到不支持视频的设备，也可以使用其他设备功能，如单向视频流传输功能。

　　通信提供商及其合作伙伴和用户越来越渴求新一代基于 IP 的服务。如今有了 SIP（The Session IniTIation Protocol 会话启动协议），一解燃眉之急。SIP 是不到十年前在计算机科学实验室诞生的一个想法。它是第一个适合各种媒体内容而实现多用户会话的协议，如今已成了 Internet 工程任务组 （IETF） 的规范。

　　SIP协议是一个基于应用层的会话控制协议。它可以创建、修改、终止多媒体会话（会议），也可以邀请参与者加入到一个现有的会话。

　　因为SIP是一个基于应用层的协议，所以它不是一套完整的通讯系统方案，它需要和其它的方案或者协议结合起来实现整套系统。例如，实时传输协议（RTP）（RFC1889）用来传输音视频等实时的流媒体数据。实时流协议（RTSP）（RFC2326）用来控制媒体流的传递。媒体网关控制协议（MEGACO）（RFC3015）用来控制PSTN网关。

　　由此可见，SIP协议应该用来组合其它协议，从而实现完整的服务。但是，SIP基础的功能和操作不依赖于其它协议。

　　SIP（ Session Initiation Protocol ，RFC 3261）是由 IETF （国际互联网标准制定组织）制定的面向 Internet 会议和电话的信令协议。SIP是一个应用层的协议，可以建立，修改或者中止多媒体会话或者呼叫。它是一个基于ASCII的端到端的协议，它实际上是在因特网上提供“约会”服务。用来实现VoIP的开放协议，最常用的有三种，SIP、MGCP（Media Gateway Control Protocol）和H.323。

　　SIP协议是专门为 IP 电话，尤其是结合 Internet 设计的协议，同传统的 H.323 协议相比，SIP 拥有明显的优越性：优异的可扩展性--大大提高了系统的处理能力；与 Internet 紧密结合--使通讯更加轻松便捷的；卓越的开放性--不仅能够对手机、 PDA 等移动设备提供良好的支持，对于在线即时交流、语音和视频数据传输等多媒体应用也能够很好地完成。

　　与SIP兼容的协议

　　SIP协议可以单独地工作，也可以与下面的协议一起工作。

　　二第一个例子

　　下面引用RFC3261的例子来说明sip的基本功能，包括：定位终端，发送通讯请求，协商会话参数，建立会话和撤销建立的会话。图1显示了用户Alice和Bob使用SIP交换信息的一个典型的例子（每一个消息用字母F和一个数字来标号，标号的前面有一个简短的消息类型说明）。在这个例子中，Alice使用一个在她的PC机中的SIP应用程序呼叫Bob，Bob使用他的SIP电话，这个SIP电话登录了互联网。同时，请注意两个SIP代理服务器在Alice和Bob的会话的建立中起到的作用。

　　Alice呼叫Bob是使用他的SIP标识符。SIP标识符是一种URI（Uniform Resource Identifier），称之为SIP URI。SIP URI格式很象email地址，包含一个用户名和一个主机名，如：sip:bob@biloxi.com。这里biloxi.com是Bob的SIP服务提供者的域名。Alice的SIP URI是：sip:alice@atlanta.com。SIP也支持安全URI，叫做SIPS URI，例如，sips:bob@biloxi.com。一个向SIPS URI的呼叫使用加密传输（也就是TLS）来携带从呼叫者到被呼叫者所有的SIP消息。

　　SIP是一个与HTTP协议很像的，请求／应答式的事务模型。每一个事务最少由一个要完成特定方法或功能的请求，和服务器端的一个应答组成。在这个例子中，这个事务从Alice的软电话发送一个INVITE请求到Bob的SIP URI开始。INVITE是一个SIP消息，它表示请求者Alice想与Bob通话。INVITE请求包含一些头域。头域被称为属性，可以提供关于这个消息的额外信息。关于头域我们一会儿将会详细说明它们。图1中的INVITE信息（F1）可能像这样：

　　第一行文本是这个请求的方法名（INVITE）。后面的行是多个头域。这里只列出了最少需要的头域。先在这里对这些头域做一个简要的介绍：

　　Via头域包含Alice希望收到对于这个请求的应答的地址。也就是她告诉请求的接收者，应答应该发送到 pc33.atlanta.com。后面的branch参数是这个事务的标识符。

　　To头域包含一个显示名（Bob）和一个SIP URI或者SIPS URI，这里是使用的SIP URI（sip:bob@biloxi.com）。这个SIP URI就是这个请求要发送的目标。

　　From头域也包含一个显示名（Alice）和一个SIP URI或者SIPS URI，这里是使用的SIP

　　URI（sip:alice@atlanta.com）来指出请求的发起人。这个头域还包含了一个tag参数，这个参数包含了一个随机字符串（1928301774），这个字符串的数字会被软电话自动增加，它主要起到鉴别的作用，后面还会说明它。

　　Call-ID头域包含一个全局唯一标识符来标识这次呼叫。这个标识符使用一个随即字符串和软电话所在的主机名（或者IP地址）一起生成。这样，To头域、From头域和Call-ID这三个头域就可以唯一的确定了Alice和Bob的这条点对点的通信关系，并且将这个通信关系交给一个对话（dialog）来处理了。

　　Cseq头域（命令序列）包含一个整数和一个方法名字。在这个对话中每一个新的请求都会增加这个整数的值，保证这个数值是有序的。

　　Contact头域包含一个SIP URI或者SIPS URI指出一个能够接触到Alice的直接路由，一般这个SIP URI由用户名和一个完全限定域名（FQDN）构成。因为许多终端系统没有注册域名，所以也可以使用IP地址代替FQDN。Via头域向对方指出了这个请求的应答应该发送到哪里，而Contact头域向对方指出了将来的请求应该发送到哪里。

　　Max-Forwards头域限制了在这个请求传送到目的地的时候最多可以有多少跳。它包含一个整数，在每一跳这个整数都会被减少。

　　Content-Type头域描述消息体的类型（在这个例子里消息体采用了SDP描述，但是消息体内容没有给出）。

　　Content-Length头域指出了消息体的字节数。

　　在后面我们将完整的介绍SIP头域（RFC3261第20节）。

　　在会话中像媒体类型、编码方式、采样率等信息都不使用SIP描述，而是在消息体中使用其它会话描述协议的格式。这个例子中采用了SDP描述（RFC2327）。

　　软电话不知道Bob或者拥有biloxi.com域名的SIP服务器，它将INVITE请求发送给为Alice提供服务的域名为atlanta.com的SIP服务器。关于Alice如何获得atlanta.com SIP服务器的地址，可以使用由Alice的软电话指定，或者使用DHCP探测到等方式。

　　atlanta.com SIP服务器是一个SIP代理服务器。一个代理服务器接收SIP请求，为请求的发送者转发请求。在这个例子中，代理服务器接收到INVITE请求后发送一个100应答（Trying）给Alice的软电话。100应答（Trying）指出这个INVITE请求已经被代理服务器接收到，并且已被经进一步向目的地路由。

　　SIP中的应答使用3位数字表示，每一个编号都表示一个描述短语。这个100应答（Trying）也同样包含和INVITE请求一样的To、From、Call－ID、CSeq和Via以及branch参数，这样可以使Alice的软电话知道这个应答是对应发送的INVITE请求的。atlanta.com代理服务器定位出biloxi.com代理服务器（这可能需要通过域名解析服务器（DNS）等实现，后面还会详细讲解）获得了它的IP地址，并且准备把INVITE请求转发给biloxi.com代理服务器。在转发请求之前，atlanta.com代理服务器增加了一个额外的Via头域，这个Via头域包含自己的地址（这时候这个INVITE请求的第一个Via头域包含Alice的软电话的地址）。

　　biloxi.com代理服务器接收到这个INVITE请求，并且也发送一个100（Trying）应答给atlanta.com代理服务器指出它已经接收到这个INVITE请求，并正在处理这个请求。biloxi.com代理服务器知道Bob的IP地址（这可能需要定位服务），它又在这个INVITE请求中加入了一个新的Via头域，值为自己的地址，然后它把这个INVITE请求发送给Bob的SIP电话。

　　Bob的SIP电话接收到这个INVITE请求，发送一个180（Ringing）应答，同时使用铃声通知Bob有一个来自Alice的呼叫，让Bob决定是否接听。这个180（Ringing）应答反向经过这两个代理服务器被发送到Alice。每一个代理服务器使用Via头域决定向哪里发送这个应答，并且把移除它自己添加的Via头域。这样，虽然只有初始的INVITE请求发送的时候使用了DNS服务和定位服务，而这个180（Ringing）应答没有使用，同时代理服务器也不需要记录整个通讯的状态，但是这个应答还是能够成功的发送给请求的发送者Alice。

　　当alice的软电话接收到180（Ringing）应答后，它将这个消息告诉给Alice，也许使用一个声音（彩铃）或者在Alice的屏幕上显示一个消息。

　　在这个例子中，Bob决定接听电话，当他按下接听按钮时，他的SIP电话发送200（OK）应答表示接受了这个呼叫。这个200（OK）应答包含一个消息体，消息体使用SDP描述Bob准备和Alice建立的会话的媒体类型等信息。这样，Alice和Bob交换了一次SIP信息：Alice用INVITE请求发送一次给Bob，Bob用200（OK）应答发送一次给Alice。这个交换实现了基本的协商能力和简单的offer/answer模型。如果Bob不希望接听电话，或者他现在正忙（接听其它电话），那么他会发送一个错误应答而不是200（OK）应答。一个错误应答将不会建立会话。

　　Bob发送的200（OK）应答可能是这样的：

　　应答的第一行包含一个应答代码（200）和一个解释短语（OK）。其它行就是应答的头域。Via，To，From，Call-ID和CSeq头域的值都从INVITE请求拷贝而来（这时候应该有3个Via头域，分别由Alice的SIP软电话，atlanta.com代理服务器，和biloxi.com代理服务器添加）。Bob的SIP电话添加一个tag参数到To头域。以后所有的属于这个对话的请求和应答都要包含这个tag参数。

　　当Alice的软电话接收到这个200（OK）应答后，马上停止响铃并显示呼叫已经被接听了。最后，Alice发送一个确认信息（ACK）给Bob的SIP电话，表示自己收到了最终应答（200（OK））。这个例子中的最终应答由Alice直接发送给了Bob，这是因为Alice的软电话从Contact头域里面可以得到Bob的地址信息。通过INVITA/200/ACK的三步握手，SIP会话就建立起来了。关于SIP会话建立的详细步骤请参看RFC3261第13节。

　　现在Alice和Bob的多媒体会话已经建立起来了，他们可以发送通过SDP协商好的格式的媒体数据了。一般来说，媒体数据包的传输与SIP消息的传输采用不同的通信方式。SIP消息大多通过代理服务器转发，而媒体数据多使用点对点的传输。

　　在会话过程中，无论是Alice还是Bob决定改变这个媒体会话，都要通过发送一个re-INVITE请求。这个re-INVITE请求包含新的媒体描述（可能是SDP），它不会建立新的会话，而是修改当前已经存在的会话。对方接收到这个请求后，发送一个200（OK）同意这个改变，最后请求者发送ACK。如果对方不同意这个修改，可能会发送一个错误应答，比如488（不接受）。但是这个失败应答不会使已存在的会话退出，而是继续使用以前协商的媒体进行通信。关于修改一个会话的详细说明，请参看RFC3261第14节。

　　最后，Bob发送BYE消息挂断电话。BYE消息直接发送到Alice的软电话。Alice发送200（OK）确定接收到了BYE消息，并且终止这个会话。Bob不用发送ACK，因为ACK只有在接收到对INVITE的应答时才被发送。关于终止一个会话更详细的说明，请参看RFC3261第15节。还有一个问题就是关于biloxi.com服务器如何获得Bob的位置。Bob的SIP电话开机的时候会向一个注册服务器发送REGISTER消息。REGISTER消息的作用是将Bob的SIP URI或者SIPS URI与Bob当前使用的电话地址进行帮定，并将这个帮定信息保存到数据库中，这被称之为定位服务（location service）。biloxi.com代理服务器使用定位服务获得Bob的地址。注册服务器、代理服务器、定位服务器都是逻辑上的服务器，而不是物理上的服务器，所以他们可以位于同一台服务器上。