SIP 探析

http://blog.csdn.net/demon_evil/article/details/2097096

摘要

　　会话发起协议（Session Initiation Protocol，SIP）是一种信令协议，它对于通信业有着重要的意义。本文从技术上对SIP进行了一般性的介绍，并说明了SIP如何为通信解决方案提供重要支持。

简介

　　我曾经构想过一种软件，它可以“浮于”应用程序之上，提供辅助作用。这不是一个哑的“帮助”系统，而是一个活动的技术支持代理，可以在Internet上进行讨论。那时曾有人告诉我，“现有的工具、库、协议或带宽实现不了这样的要求！”

　　时代已经不同了！

　　许多人家中已经拥有基于DSL、光纤和其他技术的宽带网络。存在大量高质量的工具和库，无论是商业的还是开源的。标准驱动应用。现在是时候来实现上述创新思路了。

了解SIP

　　首先，我将向您介绍SIP，也就是会话发起协议。SIP是一种轻量级的可扩展请求/响应协议，用于在两个端点之间开始通信会话。这听起来是不是很熟悉？SIP在概念上源自于HTTP和SMTP，但是它的目的却不同。可以把SIP消息与CB（民用波段）隐语10-code和Q-signal进行比较。

图1.用于管理CB呼叫的隐语

　　在这个例子中，真正的消息包含在专用的呼叫协商消息中。

　　SIP是IETF于1999年提出的，在2002年进行了修订。RFC 3261对它进行了描述。本文中有关SIP的信息就选自RFC。对SIP存在很多扩展，这些扩展中的很多都能在SIP-related RFCs and drafts清单中找到。

　　SIP有哪些优点呢？通常情况下，两个端点使用它来协商一次“呼叫”。这里的协商包括介质（文本、语音等）、传输（通常是RTP、Real Time Protocol）和编码（codec）。一旦协商成功，两个端点就会使用选中的方法相互交谈——这就与SIP无关了。“呼叫”完成之后，SIP用于指示断开连接。因此，SIP最好用作一种信令机制。SIP及其扩展还提供一些相关功能，比如即时消息传递、注册和到场。

　　SIP术语中的端点叫做用户代理。它可以是“软件电话”、即时消息收发器、IP电话，甚至是手机。服务器用户代理提供集中式的服务，比如登记员、代理或应用服务器。

　　听起来SIP非常简单，而且它也确实简单。这种简单性对于协议的稳定很重要，而且它也没有降低协议的有用性，所以该协议得到了广泛的应用。

　　例如，考虑一下HTTP。协议本身的定义很少。但是使用它的方式多不胜数。SIP也是可以扩展的。存在大量针对SIP的扩展，它们涵盖了很多应用。现在，我们进一步来考察SIP，并分析它为什么会如此重要。

SIP的重要性

　　有人说，SIP对于通信，就像HTTP对于Web一样。

　　SIP对通信业产生了巨大的影响。从事蜂窝技术的公司已经决定为了未来的应用，对SIP进行标准化。VoIP (Voice over IP)供应商、Internet电话和即时消息传递应用程序（例如，Microsoft MSN Messenger）都准备基于SIP进行标准化。

　　目前已经存在一些信令协议和P2P技术。这就引发了一个问题：SIP相对于这些协议和技术有何优势？SIP具有以下的明显优点：

• 稳定性。该协议已经使用了多年，现在十分稳定。
• 速度。基于UDP的小型协议效率特别高。
• 灵活性。这个基于文本的协议十分容易扩展。
• 安全性。它提供像加密(SSL、S/MIME)和身份验证这样的功能。对SIP的扩展还提供其他安全性功能。
• 标准化。随着整个通信行业都在向SIP靠拢，SIP已经讯速成为一种标准。其他技术可能具有SIP所没有的优势，但是它们没有得到全球范围内的采用。

　　这意味着，如果您想让您的应用程序与其他工具、设备和服务器进行互操作，SIP是最佳选择。供应商对互操作性是很关注的，会定期开会对其产品进行测试。这些会议称为SIPit for SIP Interoperability Tests（以前叫做Bakeoff，是Pillsbury提出更改的）。

剖析SIP呼叫

　　现在，让我们更深入地了解这门技术。SIP通常基于UDP进行传输，但是SIP工具必须同时支持TCP。一条SIP消息由两部分组成：

• 信封（envelope），以头字段的形式描述一个请求或请求的结果（响应）。
• 有效负载（payload），即内容（可选），包含有关请求的数据。

　　信封是文本格式，但是内容可以是文本，也可以是二进制格式。

　　例如，让我们具体分析一次典型的SIP呼叫。在这个场景中，用户A想呼叫用户B。图2说明了这次呼叫：

图2. 一次典型的SIP呼叫

　　下面对所有的消息进行了解释：

  1. User Agent A发送一个SIP请求INVITE给User Agent B，表达User A想跟User B进行谈话的愿望。这个请求包含语音流协议的细节。payload中使用会话描述协议（Session Description Protocol，SDP)就是为此目的。SDP消息包含一个清单，其内容为User A支持的所有介质编码。（这些编码使用RTP进行传输。）INVITE
sip:[e-mail]
SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.20.30.40:5060
From: UserA <sip:[e-mail]>;tag=589304
To: UserB <sip:[e-mail]>
Call-ID: [e-mail]
CSeq: 1 INVITE
Contact: <sip:UserA@10.20.30.40>
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 141
 
v=0
o=UserA 2890844526 2890844526 IN IP4 10.20.30.40
s=Session SDP
c=IN IP4 10.20.30.40
t=3034423619 0
m=audio 49170 RTP/AVP 0
a=rtpmap:0 PCMU/80002. User Agent B读取该请求，然后告诉User Agent A它已经收到请求。SIP/2.0
100 Trying
From: UserA <sip:[e-mail]>;tag=589304
To: UserB <sip:[e-mail]>
Call-ID: [e-mail]
CSeq: 1 INVITE
Content-Length: 03.当电话响铃时，User Agent B发送临时消息（响铃）给User Agent A，这样它就不会超时和放弃。SIP/2.0
180 Ringing
From: UserA <sip:[e-mail]>;tag=589304
To: UserB <sip:[e-mail]>;tag=314159
Call-ID: [e-mail]
CSeq: 1 INVITE
Content Length: 04.最终，User B决定接受呼叫。此时，User Agent B发送一个OK响应给User Agent A。在响应的payload中，还有另一条SDP消息。它包含一组两个用户代理都支持的介质编码。此时，双方正式处于呼叫中。使用200类型的响应可以接受所有类型的SIP请求。SIP/2.0
200 OK
From: UserA <sip:[e-mail]>;tag=589304
To: UserB <sip:[e-mail]>;tag=314159
Call-ID: [e-mail]
CSeq: 1 INVITE
Contact: <sip:UserB@10.20.30.41>
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 140
 
v=0
o=UserB 2890844527 2890844527 IN IP4 10.20.30.41
s=Session SDP
c=IN IP4 10.20.30.41
t=3034423619 0
m=audio 3456 RTP/AVP 0
a=rtpmap:0 PCMU/80005. User Agent A最后使用一条ACK消息进行确认。对于这种请求类型来说，没有重试和响应消息，即使消息丢失。ACK只在INVITE消息中使用。ACK
sip:[e-mail] SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.20.30.41:5060
Route: <sip:UserB@10.20.30.41>
From: UserA <sip:[e-mail]>;tag=589304
To: UserB <sip:[e-mail]>;tag=314159
Call-ID: [e-mail]
CSeq: 1 ACK
Content-Length: 06..两个用户代理现在使用最后一条SDP消息中选定的方法进行连接。RTP使用PCMU/8000编码对在端口49170 & 3456上双向传输的音频数据进行打包。7.在通信会话结束时，其中一个用户挂断。此时，这个用户的用户代理发送一个新的请求BYE。这条消息可以由任一方发送。BYE
sip:[e-mail] SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.20.30.41:5060
To: UserB <sip:[e-mail]>;tag=314159
From: UserA <sip:[e-mail]>;tag=589304
Call-ID: [e-mail]
CSeq: 1 BYE
Content-Length: 08.另一用户的用户代理接受该请求，然后使用一条OK消息作为应答。呼叫连接至此断开。SIP/2.0
200 OK
To: UserB <sip:[e-mail]>;tag=314159
From: UserA <sip:[e-mail]>;tag=589304
Call-ID: [e-mail]
CSeq: 1 BYE
Content-Length: 0

　　SIP消息的第一行包含消息的类型和所使用的SIP版本（2.0）。在请求中，这一行还包含一个叫做SIP URI的地址。这代表消息的目的地。 
这个例子说明了如何使用请求消息INVITE、ACK和BYE，以及200 OK响应消息。SIP中还存在许多其他消息。下面给出一些请求：

消息用法INVITE呼叫一个用户代理，传送一次呼叫。ACK确认呼叫。BYE终止呼叫。CANCEL终止还未OK的呼叫。REGISTER提供一项注册服务，带有一个联系地址和可以用来代替的别名。例如，在前面的例子中，地址sip:[e-mail]就是sip:UserA@10.20.30.40的别名。然后，注册服务器example.com就可以把呼叫转发给地址10.20.30.40。OPTIONS询问一个用户代理的“能力”（例如，该用户代理能够识别的消息和编码）。

　　现在给出一些经常使用的响应消息：

消息用法100 Trying消息已收到，但是最终用户代理尚未进行处理。请等待。180 Ringing最终用户代理已经收到消息，正在提示用户。请等待。200 OK最终用户已经接受消息。301 Moved Permanently & 302 Moved Temporarily用户代理的地址已经改变，新的永久或临时地址位于Contact字段中。400 Bad Request普通错误消息。客户端不能识别消息。401 Unauthorized & 407 Proxy Authentication Required请使用证书重试。404 Not Found要联系的用户不存在或尚未注册。408 Request Timeout另一方没有响应。这意味着SIP消息永远不会OK。所有重试都将被丢弃。这并不意味着电话响太长时间（电话可以永远响铃）。

　　消息使用类似的头字段类型。下面给出其中的一些：

头字段用法FromSIP请求的发送者。ToSIP请求的接受者。这通常与SIP URI相同（可以是一个“别名”或一个实际地址）。Contact用户代理的实际地址。Call-ID这并不是呼叫者的电话号码。它惟一地代表两个用户代理之间的完整呼叫或对话。所有相关的SIP消息都使用同一个Call-ID。例如，当一个用户代理收到一条BYE消息，根据Call-ID，它就知道要挂断哪次呼叫。CSeq消息的顺序编号。这在一次对话或一个Call-ID中是惟一的。这用于区别新的消息和“重试消息”。当一条初始消息没有及时OK时，重试就会进行，并会定时发送。Content-Type消息内payload的MIME类型。Content-Lengthpayload的大小，以字节为单位。信封和payload之间由一空行隔开。

　　还有一些与消息路由选择功能相关的头字段，如：Via、Route和Record-Route。许多头字段提供像Accept、User-Agent和Supported这样的功能。其他头字段则提供像Authorization、Privacy和WWW-Authenticate这样的安全性功能。还有很多其他的头字段存在。此外，这些字段中许多都有缩写语法（比如，From = f，To = t，等等）。

SIP的其他功能

　　使用SIP及其扩展可以实现很多应用：

• VoIP
• 视频会议
• 针对文本和数据的即时消息传递，比如MSN Instant Messenger
• 注册(我在线!)
• 到场(我的伙伴在不在?)
• Click-to-talk(点击通话，即点击这里便可与一个技术支持代理交谈)
• 应答机器/互动式语音应答（Interactive Voice Response，IVR)系统(“请输入您的密码。请记录您的姓名。英文请按1，西班牙语请按2…”)
• 网络游戏，比如Quake和一些手机游戏（甚至基于语音和IM）
• 基于手机的应用程序
• 移动电子商务

　　基本上，如果是两个端点之间进行通信，SIP就能完成。 
但是，关于活动的Web技术支持代理的想法又如何呢？现在我们能否使用SIP来实现它？我们能否使用Java来实现它？干脆点说，可以。

Java中的SIP

　　我经常使用SIP。我可以负责任地说，Java为SIP提供了绝佳的支持。Java技术的一个分支把与开发SIP应用程序相关的许多细节抽象出来，这对于SIP开发人员大有帮助。下面这些技术大部分位于JAIN (Java APIs for Integrated Networks)工作组中。

• JAIN SIP API (JSR 32)
• SIP Servlet API (JSR 116)
• JAIN SIP Lite (JSR 125)
• SIP API for J2ME (JSR 180)
• JAIN SIMPLE Presence (JSR 164)
• JAIN SIMPLE Instant Messaging (JSR 165)

其他相关技术有：

• JAIN SDP (JSR 141)
• Java Media Framework for RTP (J2SE可选包，并非JAIN的)

　　如果您希望开发一个客户端应用程序，就需要一个客户端SIP引擎或者“堆栈”。在这里可以找到一个优秀的开源Java SIP堆栈。它还支持SDP。如果不想自己开发SIP电话，您可以使用这个。

结束语

　　本文简要介绍了SIP、它的使用场景，以及一些SIP语法。我们还了解了各种与SIP相关的Java技术。尽管本文不够详尽，我还是希望它能够激发您的兴趣，并促使您开始使用它。SIP的时代已经到来，现在使用它可以实现很多很酷的想法。 
在本系列文章的第2部分中，我将说明如何使用SIP Servlet API编写一个聊天室应用程序。

参考资料

• SIP Forum——SIP工作组的社区站点
• SIP Center——另一个广受欢迎的社区站点
• RFC 3261——SIP规范
• SIP的相关RFC和草案
• 开源JAIN SIP堆栈
• 开源SIP软件电话

　　原文出处:http://dev2dev.bea.com/pub/a/2005/09/introduction-sip-part-1.html