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c.pass 的博客

众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处。

 
 
 

日志

 
 

SIP协议全方位概要介绍  

2010-05-28 13:23:40|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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     摘要:SIP协议是NGN中的重要协议,越来越得到业界的重视。

     本文通过SIP协议的背景、功能、网络元素、实现机制、以及SIP消息的组成等几个方面对SIP协议做了全方位的概要性介绍,以使读者对SIP有初步的概念和认识。

 

           SIPSession Initiation Protocol)是由IETF定义,基于IP的一个应用层控制协议。由于SIP是基于纯文本的信令协议,可以管理不同接入网络上的会晤等。会晤可以是终端设备之间任何类型的通信,如视频会晤、既时信息处理或协作会晤。该协议不会定义或限制可使用的业务,传输、服务质量、计费、安全性等问题都由基本核心网络和其它协议处理。

     SIP得到了微软、AOL、等厂商及IETF3GPP等标准制定机构的大力支持。支持SIP的网络将提供一个网桥,以扩展向互联网和无线网络的各种设备提供融合业务能力。这将允许运营商为其移动用户提供大量的信息处理业务,通过SMS互通能力与固定用户和2G无线用户交互。SIP也是在UMTS3GPP R5/R6版本中使用的信令协议,因此可以保护运营商目前的投资而及具技术优势和商业价值。

 

SIP的技术优势

*独立于接入:SIP可用于建立与任何类型的接入网络的会晤,同时还使运营商能够使用其它协议。

*会晤和业务独立:SIP不限制或定义可以建立的会晤类型,使多种媒体类型的多个会晤可以在终端设备之间进行交换。

*协议融合:SIP可以在无线分组交换域中提供所有业务的融合协议。

 

SIP的商业价值

*收入商机:新的融合多媒体业务可以部署在GORSUMTSXDSLWLAN等与接入独立的域中,因此运营商可以在3GPP R5推出之前就开始创收。

*经济高效:由于SIP是与接入独立的协议,无线运营商无需构建适用于多种接入网络的基础设施。

SIP是由IETF提出来的一个应用控制(信令)协议。正如名字所隐含的--用于发起会话。它可用来创建、修改以及终结多个参与者参加的多媒体会话进程。参与会话的成员可以通过组播方式、单播连网或者两者结合的形式进行通信。

 

  SIP中有客户机和服务器之分。客户机是指为了向服务器发送请求而与服务器建立连接的应用程序。用户代理(User Agent)和代理(Proxy)中含有客户机。服务器是用于向客户机发出的请求提供服务并回送应答的应用程序。

 

共有四类基本服务器

  ·用户代理服务器:当接到SIP请求时它联系用户,并代表用户返回响应。

  ·代理服务器:代表其它客户机发起请求,既充当服务器又充当客户机的媒介程序。在转发请求之前,它可以改写原请求消息中的内容。

  ·重定向服务器:它接收SIP请求,并把请求中的原地址映射成零个或多个新地址,返回给客户机。

  ·注册服务器:它接收客户机的注册请求,完成用户地址的注册。 用户终端程序往往需要包括用户代理客户机和用户代理服务器。代理服务器、重定向服务器和注册服务器可以看出是公众性的网络服务器。在SIP中还经常提到定位服务器的概念,但是定位服务器不属于SIP服务。

 

  SIP在设计上充分考虑了对其它协议的扩展适应性。它支持许多种地址描述和寻址,包括用户名@主机地址:被叫号码@PSTN网关地址:Tel:010-62281234普通电话的描述等。这样,SIP主叫按照被叫地址就可以识别出被叫在传统电话网上的位置,然后通过一个与传统电话网相连的网关发起并建立呼叫。SIP最强大之处就是用户定位功能。SIP本身含有向注册服务器注册的功能,也可以利用其它定位服务器DNSLDAP等提供的定位服务来增强其定位功能。

 

  SIP共规定了六种信令:INVITEACKCANCELOPTIONSBYEREGISTER

         其中INVITEACK用于建立呼叫,完成三次握手,或者用于建立以后改变会话属性;

                BYE用以结束会话;

                OPTIONS用于查询服务器能力;

                CANCEL用于取消已经发出但未最终结束的请求;

                REGISTER用于客户出向注册服务器注册用户位置等消息。

 

   SIP协议支持三种呼叫方式:由用户代理服务机(UAC)向用户代理服务器(UAS)直接呼叫,由UAC在重定向服务器的辅助下进行重定向呼叫和由代理服务器代表UAC向被叫发起呼叫。

 

  H.323SIP协议的比较

  H.323SIP分别是通信领域与因特网两大阵营推出的建议。 H.323企图把IP电话当作是众所周知的传统电话,只是传输方式发生了改变,由电路交换变成了分组交弧6鳶IP协议侧重于将IP电话作为因特网上的一个应用,较其实应用(如FTPE-mail等)增加了信令和QoS的要求,它们支持的业务基本相同,也都利用RTP作为媒体传输的协议。但H.323是一个相对复杂的协议。

  H.323采用基于ASN.1和压缩编码规则的二进制方法表示其消息。ASN.1通常需要特殊的代码生成器来进行词法和语法分析。而SIP的基于文本的协议,类似于HTTP。基于文本的编码意味着头域的含义是一目了然的,如FromToSubject等域名。这种分布式、几乎不需要复杂的文档说明的标准规范夫风格,其优越性已在过去的实践中得到了充分的证明(现在广为流行的邮件协议SMTP就是这样的一个例子)。SIP的消息体部份采用SDP进行描述,SDP中的每一项格式为=,也比较简单。

  在支持会议电话方面,H.323由于由多点控制单元(MCU)集中执行会议控制功能,所有参加会议终端都向MCU发送控制消息,MCU可能会成为颈,特别是对于具有附加特性的大型会议;并且H.323不支持信令的组播功能,其单功能限制了可扩展性,降低了可靠性。而SIP设计上就为分布式的呼叫模型,具有分布式的组播功能,其组播功能不仅便于会议控制,而且简化了用户定位、群组邀请等,并且能节约宽带。但是H.323集是中控制便于计费,对宽带的管理也比较简单、有效。

  H.323中定义了专门的协议用于补充业务,如H.450.1H.450.2H.450.3等。SIP并未专门定义的协议用于此目的,但它很方便地支持补充业务或智能业务。只要充分利用SIP已定义的头域(如Contact头域),并对SIP进行简单的扩展(如增加几个域),就可以实现这些业务。例如对于呼叫转移,只要在BYE请求消息中添加Contact头域,加入意欲转至的第三方地址就可以实现此业务。对于通过扩展头域较难实现的一些智能业务,可在体系结构中增加业务代理,提供一些补充服务或与智能网设备的接口。

  在H.323中,呼叫建立过程涉及到第三条信令信致到:RAS信令信道、呼叫信令信到和H.245控制信道。通过这三条信道的协调才使得H.323的呼叫得以进行,呼叫建立时间很长。在SIP中,会话请求过程和媒体协商过程等一起进行。尽管H.323v2已对呼叫建立过程作了改进,但较之SIP只需要1.5个回路时延来建立呼叫,仍是无法相比。 H.323的呼叫信令通道和H.245控制信道需要可靠的传输协议。而SIP独立于低层协议,一般使用UDP等无法连接的协议,用自己信用层的可靠性机制来保证消息的可靠传输。

  总之,H.323沿用的是传统的实现电话信令模式,比较成熟,已经出现了不少H.323产品。H.323符合通信领域传统的设计思想,进行集中、层次控制,采用H.323协议便于与传统的电话网相连。SIP协议借鉴了其它因特网的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,比较简单,但推出时间不长,协议并不是很成熟。

 

SIP协议的背景和功能

          SIP( 会话初始协议)的开发目的是用来帮助提供跨越因特网的高级电话业务。因特网电话(IP电话)正在向一种正式的商业电话模式演进,SIP就是用来确保这种演进实现而需要的NGN(下一代网络)系列协议中重要的一员。

           SIPIETF标准进程的一部分,它是在诸如SMTP(简单邮件传送协议)和HTTP(超文本传送协议)基础之上建立起来的。它用来建立,改变和终止基于IP网络的用户间的呼叫。为了提供电话业务它还需要结合不同的标准和协议:特别是需要确保传输(RTP),与当前电话网络的信令互连,能够确保语音质量(RSVP),能够提供目录(LDAP),能够鉴权用户(RADIUS)等等。

        SIP被描述为用来生成,修改和终结一个或多个参与者之间的会话。这些会话包括因特网多媒体会议,因特网(或任何IP网络)电话呼叫和多媒体发布。会话中的成员能够通过多播或单播联系的网络来通信。SIP支持会话描述,它允许参与者在一组兼容媒体类型上达成一致。它同时通过代理和重定向请求到用户当前位置来支持用户移动性。SIP不与任何特定的会议控制协议捆绑。

 

    本质上,SIP提供以下功能

           名字翻译和用户定位:无论被呼叫方在哪里都确保呼叫达到被叫方。执行任何描述信息到定位信息的映射。确保呼叫(会话)的本质细节被支持。

          特征协商:它允许与呼叫有关的组(这可以是多方呼叫)在支持的特征上达成一致(注意:不是所有方都能够支持相同级别的特征)。例如视频可以或不可以被支持。总之,存在很多需要协商的范围。

          呼叫参与者管理:呼叫中参与者能够引入其它用户加入呼叫或取消到其它用户的连接。此外,用户可以被转移或置为呼叫保持。

          呼叫特征改变:用户应该能够改变呼叫过程中的呼叫特征。例如,一呼叫可以被设置为“voice-only”,但是在呼叫过程中,用户可以需要开启视频功能。也就是说一个加入呼叫的第三方为了加入该呼叫可以开启不同的特征。

 

    SIP网络元素

         SIP中有两个要素。

    SIP用户代理和SIP网络服务器。

    用户代理是呼叫的终端系统元素,而SIP服务器是处理与多个呼叫相关联信令的网络设备。

 

          用户代理本身具有一客户机元素(用户代理客户机UAC)和一服务器元素(用户代理服务器UAS)。客户机元素初始呼叫而服务器元素应答呼叫。这允许点到点的呼叫通过客户机-服务器协议来完成。

            SIP服务器元素提供多种类型的服务器。有三种服务器形式存在于网络中--SIP有状态代理服务器,SIP无状态代理服务器和SIP重定向服务器。由于呼叫者未必知道被呼叫方的IP地址或主机名,SIP服务器的主要功能是提供名字解析和用户定位。可以获得的是email形式的地址或与被呼叫方关联的电话号码。使用该信息,呼叫者的用户代理能够确定特定服务器来解析地址信息--这可能涉及网络中很多服务器。

           SIP代理服务器接收请求,决定将这些请求传送到何处,并且将它们传送到下一服务器(使用下一跳路由原理)。在网络中可以有多跳。

          有状态和无状态代理服务器的区别是有状态代理服务器记住它接收的入请求,以及回送的响应和它转送的出请求。无状态代理服务器一旦转送请求后就忘记所有的信息。这允许有状态代理服务器生成请求以并行地尝试多个可能的用户位置并且送回最好的响应。无状态代理服务器可能是最快的,并且是SIP结构的骨干。有状态代理服务器可能是离用户代理最近的本地设备,它控制用户域并且是应用服务的主要平台。

 

    重定向服务器接收请求,但不是将这些请求传递给下一服务器而是向呼叫者发送响应以指示被呼叫用户的地址。这使得呼叫者可以直接联系在下一服务器上被呼叫方的地址。

 

           SIP协议的实现机制

          SIP是一个分层结构的协议,这意味着它的行为根据一组平等独立的处理阶段来描述,每一阶段之间只是松耦合。协议分层描述是为了表达,从而允许功能的描述可在一个部分跨越几个元素。它不指定任何方式的实现。当我们说某元素包含某层,我们是指它顺从该层定义的规则集。

 

        不是协议规定的每个元素都包含各层。而且,由SIP规定的元素是逻辑元素,不是物理元素。一个物理实现可以选择作为不同的逻辑元素,甚至可能在一个个事务的基础上。

 

         SIP的最底层是语法和编码。它的编码使用增强Backus-Nayr形式语法(BNF)来规定。

 

         第二层是传输层。它定义了网络上一个客户机如何发送请求和接收响应以及一个服务器如何接收请求和发送响应。所有的SIP元素包含传输层。

 

          第三层是事务层。事务是SIP的基本元素。一个事务是由客户机事务发送给服务器事务的请求(使用传输层),以及对应该请求的从服务器事务发送回客户机的所有响应组成。事务层处理应用层重传,匹配响应到请求,以及应用层超时。任何用户代理客户机(UAC)完成的任务使用一组事务产生。用户代理包含一个事务层,有状态的代理也有。无状态的代理不包含事务层。事务层具有客户机组成部分(称为客户机事务)和服务器组成部分(称为服务器事务),每个代表有限的状态机,它被构造来处理特定的请求。

         事务层之上的层称为事务用户(TU)。每个SIP实体,除了无状态代理,都是事务用户。当一个TU希望发送请求,它生成一个客户机事务实例并且向它传递请求和IP地址,端口,和用来发送请求的传输机制。一个TU生成客户机事务也能够删除它。当客户机取消一个事务时,它请求服务器停止进一步的处理,将状态恢复到事务初始化之前,并且生成特定的错误响应到该事务。这由CANCEL请求完成,它构成自己的事务,但涉及要取消的事务。

 

    SIP通过EMAIL形式的地址来标明用户地址。每一用户通过一等级化的URL来标识,它通过诸如用户电话号码或主机名等元素来构造(例如:SIP:usercompany.com)。因为它与EMAIL地址的相似性,SIP URLs容易于用户的EMAIL地址关联。

    SIP提供它自己的可靠性机制从而独立于分组层,并且只需不可靠的数据包服务即可。SIP可典型地用于UDPTCP之上。

    SIP提供必要的协议机制以保证终端系统和代理服务器提供以下业务:

 

    用户定位

    用户能力

    用户可用性

    呼叫建立

    呼叫处理

    呼叫前转,包括:(1)等效800类型的呼叫,(2)无应答呼叫前转,(3)遇忙呼叫前转,(4)无条件呼叫前转

    呼叫号码传递,该号码可以是任何命名机制。

    个人移动性,例如通过一个单一的、位置无关的地址来到达被呼叫方,即使被呼叫方改变了终端。

    终端类型的协商和选择:呼叫者可以给出选择如何到达对方,例如通过因特网电话,移动电话或应答业务等。

    终端能力协商

    呼叫者和被呼叫者鉴权

    不知情和指导式的呼叫转移

    多播会议的邀请

 

    当一用户希望呼叫另一用户,呼叫者用INVITE请求初始呼叫,请求包含足够的信息用以被呼叫方参与会话。如果客户机知道另一方的位置它能够直接将请求发送到另一方的IP地址。如果不知道,客户机将请求发送到本地配置的SIP网络服务器。如果服务器是代理服务器它将解析被呼叫用户的位置并且将请求发送给它们。有很多方法完成上步,例如搜索DNS或访问数据库。服务器也可以是重定向服务器,它可以返回被呼叫用户的位置到呼叫客户机用以它直接与用户联系。在定位用户的过程中,SIP网络服务器当然能够代理或重定向呼叫到其它的服务器,直到到达一个明确地知道被呼叫用户IP地址的服务器。

 

    一旦发现用户地址,请求就发送给该用户,此时将产生几种选择。在最简单的情况,用户电话客户机接收请求——也就是,用户的电话振铃。如果用户接受呼叫,客户机用客户机软件的指定能力响应请求并且建立连接。如果用户拒绝呼叫,会话将被重定向到语音邮箱服务器或另一用户。“指定能力”参照用户想启用的功能。例如,客户机软件可以支持视频会议,但用户只想使用音频会议,那则只会启用音频功能。

 

    SIP还具有另外两个有重要意义的特征。第一个是有状态SIP代理服务器具有分割入呼叫或复制入呼叫的能力,从而可以同时运行几个扩展分支。第一个应答的分支接受呼叫。该特征在用户工作在两位置之间(例如实验室和办公室)或者同时对经理和其秘书振铃时是非常便利的。

 

    第二个特征是SIP独特的返回不同媒体类型的能力。举个用户联系公司的例子。当SIP服务器接收到客户机的连接请求,它能够通过WEB交互式语音响应页面来返回到顾客的客户机,该页面具有可获得的部门分支或提供在列表上的用户。点击适当的链接后将发送一请求到所点击选择的用户从而建立起呼叫。

 

  SIP消息的组成

    有两种类型的SIP消息:

    请求:从客户机发到服务器

    响应:从服务器发到客户机

 

    SIP请求消息包含三个元素:请求行、头、消息体。

    SIP响应消息包含三个元素:状态行、头、消息体。

    请求行和头域根据业务、地址和协议特征定义了呼叫的本质,消息体独立于SIP协议并且可包含任何内容。

 

    SIP定义了下述方法:

    INVITE——邀请用户加入呼叫。

    BYE——终止一呼叫上的两个用户之间的呼叫。

    OPTIONS——请求关于服务器能力的信息。

    ACK——确认客户机已经接收到对INVITE的最终响应。

    REGISTER——提供地址解析的映射,让服务器知道其它用户的位置。

    INFO——用于会话中信令。

 

    结束语

    SIP协议凭借其简单、易于扩展、便于实现等诸多优点越来越得到业界的青睐,它正逐步成为NGN(下一代网络)和3G多媒体子系统域中的重要协议,并且市场上出现越来越多的支持SIP的客户端软件和智能多媒体终端,以及用SIP协议实现的服务器和软交换设备。虽然SIP协议目前还不成熟,但可以预见SIP必定是将来网络多媒体通信中的明星。

 

  资料来源于网络----------

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