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新一代多媒體通信協議SIP及其實現

2008/07/29

一、引言

　　會話啟動協議SIP（Session Initiation Protocol）是由IETF（Internet Engineering Task Force）組織于1999年提出的多媒體通信框架的應用層信令協議，是在諸如SMTP（簡單郵件傳送協議）和HTTP（超文本傳送協議）基礎之上建立起來的，尤其適用于Internet中的實時通信應用，其設計理念和協議結構完全符合NGN的特性和要求，成為未來多媒體通信系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。

　　SIP用來生成，修改和終結一個或多個參與者之間的會話。這些會話包括因特網多媒體會議，因特網（或任何IP網絡）電話呼叫和多媒體發(fā)布。會話中的成員能夠通過多播或單播聯系的網絡來通信。

　　目前，SIP已廣泛地應用在VoIP系統(tǒng)中，是VoIP系統(tǒng)的主要協議，實現VoIP的協議除了SIP以外主要還有H.323和媒體網關控制協議MGCP。MGCP能將眾多的ＩＰ電話網關連接成一個具備互操作性的整體，特別適用于配置大型應用系統(tǒng)，然而對于小型應用系統(tǒng)來說過于復雜。Ｈ.323是針對電路交換網的，協議相對復雜，采用H.323的VoIP服務對終端設備的要求較高。SIP則簡單易行并且很容易與其他服務集成，優(yōu)勢明顯。

　　SIP協議用于發(fā)起會話，可以用來建立、修改以及終結多個參與者參加的多媒體會話進程。參與會話的成員可以通過組播方式、單播連網或者兩者結合的形式進行通信。為提供多媒體業(yè)務，還需要結合不同的標準和協議，如需要RTP確保媒體傳輸，RSVP確保語音質量，RADIUS鑒權用戶等。

　　論文研究SIP基本架構及實現機制，基于開放源代碼的VOCAL系統(tǒng)，分析實現基于 宋體簡介、圖名、表名及內容、參考文獻均為小五號字，正文中除標題SIP語音通信的方法，從而深入探討SIP實現結構。

二、SIP協議架構與實現機制

　　SIP的核心思想是邀請新成員加入一個已經存在的會話或創(chuàng)建一個新的會話，各成員之間可以通過組播（multicast）、單播（unicast）或兩者結合的方式進行交互。

　　1．SIP的基本功能及特點

　　SIP支持會話描述，它允許參與者在一組兼容媒體類型上達成一致，同時通過代理和重定向請求到用戶當前位置來支持用戶移動性。SIP不與任何特定的會議控制協議捆綁。SIP提供以下功能： 　　SIP既可以用于建立各種會話，也可以用來傳送即時消息和文件。能夠靈活、方便地提供業(yè)務，具有多方面優(yōu)點。

　　協議可擴展性：SIP協議具有強大的擴充機制。SIP協議的擴展性主要體現在其消息的擴展上，SIP消息的三個基本部分：消息類型、消息頭、消息體，都可以被不斷擴充。SIP消息基于文本方式，使得各種擴充工作都變得十分簡潔。

　　開放的業(yè)務生成環(huán)境：SIP網絡的業(yè)務提供主要由Proxy Server完成，生成一個業(yè)務就是設計一個業(yè)務邏輯從而對一個特定的消息流進行控制，或對消息請求做出相應的響應。

　　支持移動性：SIP的動態(tài)注冊機制，使用戶端移動變得十分方便。

　　2．SIP協議的分層結構

　　SIP是一個分層結構協議，它的行為根據一組平等獨立的處理階段來描述，每一階段之間只是松耦合。

　　SIP的最底層是語法和編碼。它的編碼使用增強Backus-Nayr形式語法（BNF）來規(guī)定。

　　第二層是傳輸層，定義了網絡上客戶機與服務器發(fā)送請求和接收響應的方式，所有的SIP元素包含傳輸層。

　　第三層是事務層。事務是SIP的基本元素。事務層具有客戶機組成部分（稱為客戶機事務）和服務器組成部分（稱為服務器事務），一個事務由客戶機事務發(fā)送給服務器事務的請求（使用傳輸層），以及服務器事務發(fā)送對應該請求的響應組成。

　　事務層之上的層為事務用戶（TU）。當一個TU希望發(fā)送請求時，生成一個客戶機事務實例并向它傳遞請求和IP地址、端口和用來發(fā)送請求的傳輸機制。

　　3．SIP協議的消息機制

　　SIP采用C／S結構，通過消息機制來建立會話。SIP消息包括請求消息和響應消息，二者具有相同的消息格式。

　　SIP消息是UAC和UAS之間通信的基本信息單元，采用的是基于UTF-8的文本編碼格式，語法信息以擴展Backus-Naur形式（EBNF）描述，消息格式遵循RFC2822。

　　SIP消息的通用格式是：

　　Generic-message = start-line
　　*message-header
　　CRLF
　　[message-body]
　　start-line： SIP消息起始行。
　　*message-header：多個頭域。
　　CRLF：空行，表示消息頭域的結束
　　message-body：消息體部分。

　　SIP消息有兩種：客戶機到服務器的請求（Request）, 服務器到客戶機的響應（Response） .

　　4．SIP系統(tǒng)得功能實體及工作流程

　　SIP系統(tǒng)采用CS模式，利用消息機制建立并管理會話。按邏輯功能，SIP系統(tǒng)可分為四大功能實體：SIP用戶代理、SIP代理服務器、SIP重定向服務器和SIP注冊服務器，它們共同構成了SIP系統(tǒng)的基本模型。

　　SIP用戶代理（SIP UA）：又稱為SIP終端，是SIP系統(tǒng)中的最終用戶，在RFC3261中將它們定義為一個應用。根據它們在會話中扮演的角色的不同，又可分為用戶代理客戶機(UAC)和用戶代理服務器(UAS)兩種。其中前者用于發(fā)起呼叫請求，后者用于當接到SIP請求時聯系用戶，并代表用戶返回響應。

　　SIP代理服務器(SIP Proxy Server)：是一個中間元素，它既是一個客戶機又是一個服務器，能夠代理前面的用戶向下一跳服務器發(fā)出呼叫請求。SIP代理服務器除了路由能力外，也可以集成防火墻、radius（AAA）等功能。

　　SIP重定向服務器(SIP Redirect Server)：是一個規(guī)劃SIP呼叫路徑的服務器，在獲得了下一跳的地址后，立刻告訴前面的用戶，讓該用戶直接向下一跳地址發(fā)出請求而自己則退出對這個呼叫的控制。

　　SIP注冊服務器(SIP Register Server)：用來完成對UAS的登錄，在SIP系統(tǒng)的網元中，所有UAS都要在某個登錄服務器中登錄，以便UAC通過服務器能找到它們。注冊服務并不做請求的身份認證的判定。在SIP中授權和認證可以通過建立在基于請求/應答的模式上的上下文相關的請求來實現，也可以使用更底層的方式來實現。

　　用戶Alice使用安裝了支持語音和視頻功能的客戶程序的PC，用戶Bob使用SIP電話。兩者都已經向本域內的SIP代理服務器注冊了他們的狀態(tài)和IP地址。用戶A發(fā)起呼叫；代理服務器收到A的請求后向注冊服務器查詢B的位置信息；向B發(fā)出代理呼叫；B通知代理服務器接受A的邀請并已作好接受數據的準備；代理服務器通知A后SIP會話建立完畢。當Bob要結束會話時，直接向Alice發(fā)送結束請求，在Alice確認這個請求以后會話結束。

三、用VOCAL系統(tǒng)實現基于SIP的語音通信

　　VOCAL（Vovida Open Communication Application Library）是一個開源代碼通信軟件，以ＩＰ網為核心，在Linux或Solaris操作系統(tǒng)上運行。提供VoIP電話服務，支持基于SIP的通信設備。

　　1．VOCAL通信系統(tǒng)的組成

　　一個完整的VOCAL通信系統(tǒng)應包含以下幾個部分： 　　Marshal server：是外部設備和VOCAL系統(tǒng)連接的唯一接口。提供了SIP協議中的SIP代理服務器和注冊服務器的邏輯功能。作用是SIP消息翻譯，用戶鑒定和保障安全性，計費等。

　　重定向服務器：重定向服務器是SIP協議中重定向、注冊、定位服務器的組合實現，存儲用戶的聯系和特征數據。

　　呼叫詳述記錄服務器：從Marshal server接受呼叫數據，并把這些數據轉化為第三方計費系統(tǒng)能夠識別的格式。

　　特征服務器：是SIP代理服務器的另外一種實現方式。

　　Provisioning Server：存儲系統(tǒng)所有用戶和服務器模塊的數據記錄，并把這些信息通過預定通報模塊發(fā)送到整個系統(tǒng)中去。

　　2．VOCAL系統(tǒng)的安裝與測試

　　VOCAL系統(tǒng)在Linux或Solaris操作系統(tǒng)下運行，本文運行在Red Hat 9.0之下，安裝與測試過程中解決的主要問題包括：

　�。�1）操作系統(tǒng)中必須要有X window系統(tǒng)，gcc編譯器。

　�。�2）主機名稱和IP地址必須設定，不可以為127.0.0.1先檢查/etc/hosts文件，如果只有127.0.0.1一行，需要自行加入本機IP 及主機名，例如：

　　127.0.0.1 localhost.localdomain localhost
　　xxx.xxx.xxx.xxx our_hostname

　�。�3）vocal server 必須要有java環(huán)境。如果沒有要自行下載支持Linux的j2re包來安裝。

　　VOCAL是由http://vovida.org提供的，http://vovida.org　提供兩種VOCAl安裝方式，一種是源碼安裝，一種是rpm安裝。在測試過程中要進行兩點之間的語音通信，要在兩臺機器上安裝VOCAL，其中一臺選擇用源碼安裝整個系統(tǒng)做服務器和一個客戶端，另外一臺用rpm安裝一個客戶端：sipset。

　　服務器端集成了完整的VOCAL系統(tǒng)，可以通過weｂ方式登錄服務器，并建立用戶。建立兩個用戶1000和1001以備測試。

　　在兩臺機器上分別啟動sipset,sipset提供了一個簡單的圖形界面，用戶可以實現登錄、呼叫、掛機等操作，兩個終端先分別以用戶1000和1001登錄。讓1000用戶呼叫1001。當呼叫發(fā)出以后1001端就會顯示有一個呼叫進入，1001端選擇接聽，就建立了基于SIP的語音會話。

四、結論

　　論文詳細介紹了（SIP）的實現機制、消息結構、功能實體以及呼叫建立流程，結合VOCAL系統(tǒng)，介紹了如何在IP網絡中實現基于SIP協議的語音通信。要實現在IP網中基于SIP的視頻通信以及多方參與的多媒體會議系統(tǒng)等，還需要使用會話初始協議的一些擴展功能，媒體協商、會話過程控制等。

ZDnet (www.zdnet.com.cn)


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