【轉】【協議學習】SIP基本場景分析

一、SIP業務基本知識

1．1 業務介紹

會話初始協議（Session Initiation Protocol）是一種信令協議，用於初始、管理和終止網絡中的語音和視頻會話，具體地說就是用來生成、修改和終結一個或多個參與者之間的會話。SIP的業務模式是一個點對點協議，其中有兩個要素——SIP用戶代理和SIP網絡服務器。用戶代理是呼叫的終端系統元素，而SIP服務器是處理與多個呼叫相關聯信令的網絡設備。用戶代理自己具備一客戶機元素（用戶代理客戶機UAC）和一服務器元素（用戶代理服務器UAS）。客戶機元素初始呼叫而服務器元素應答呼叫。這容許點到點的呼叫經過客戶機-服務器協議來完成。下圖是SIP業務的網絡結構和各個參與者的關係。

SIP業務的核心特色集中在SIP的設計目標之一是提供相似公用交換電話網(PSTN)中呼叫處理功能的擴展集。在這個擴展集中，實現相似平常電話的操做：撥號，振鈴，回鈴音或者忙音，只是實現方式和術語有所不一樣。SIP也實現了許多信令系統7(SS7)中更高級的呼叫處理功能，儘管這兩個協議相差很遠。SS7是一個高度集中處理的協議，其特色表現爲高複雜度的中心網絡結構和無智能的啞終端(傳統的電話機)。SIP則是一個點對點協議，因此它只須要一個相對簡單的(所以也高度可擴展的)核心網絡，而將處理工做下放給鏈接在網絡邊緣的智能端點(裝有硬件或軟件的終端設備)。SIP的許多功能在端點中實現，這與傳統的SS7將其在網絡核心設備實現的做法大異其趣。而協議的其餘特色還有它是一個文本協議，因此易於調測，結構靈活；並且它是一箇中性的底層傳輸協議，可用TCP或UDP（推薦UDP）；同時呼叫和媒體信息同時傳送：媒體信息的傳送由SDP傳送

SIP是互聯網工程任務組（IETF）多媒體數據和控制體系結構的一個組成部分，所以它與IETF的許多其餘協議都有聯繫，例如RTP（實時傳輸協議）和SDP協議。SIP與許多其它的協議協同工做，僅僅涉及通訊會話的信令部分(control message)。SIP報文內容傳送會話描述協議(SDP)，SDP協議描述了會話所使用流媒體細節，如：使用哪一個IP端口，採用哪一種編解碼器等等。SIP的一個典型用途是：SIP「會話」傳輸一些簡單的通過封包的實時傳輸協議流。RTP自己纔是語音或視頻的載體。

1．2 業務過程和協議流程

Ø 註冊流程：

（1）用戶首次試呼時，終端代理A 向代理服務器發送REGISTER 註冊請求；

（2）代理服務器經過後端認證/計費中心獲知用戶信息不在數據庫中，便向終端代理回送401Unauthorized 質詢信息，其中包含安全認證所需的令牌；

（3）終端代理提示用戶輸入其標識和密碼後，根據安全認證令牌將其加密後，再次用REGISTER 消息報告給代理服務器；

（4）代理服務器將REGISTER 消息中的用戶信息解密，經過認證/計費中心驗證其合法後，將該用戶信息登記到數據庫中，並向終端代理A 返回成功響應消息200 OK。

Ø 註銷流程：

（1）終端向代理服務器發送register消息註銷，其頭中expire字段設置爲0。

（2）代理服務器在收到後送回200OK響應，並將數據庫中的用戶有關消息註銷。

Ø 基本呼叫創建過程：

（1）用戶摘機發起一路呼叫，終端代理A向該區域的代理服務器發起Invite請求；

（2）代理服務器經過認證/計費中心確認用戶認證已經過後，檢查請求消息中的Via頭域中是否已包含其地址。若已包含，說明發生環回，返回指示錯誤的應答；若沒有問題，代理服務器在請求消息的Via頭域插入自身地址，並向Invite消息的To域所指示的被叫終端代理B傳送Invite請求。

（3）代理服務器向終端代理A發送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（4）終端代理B向代理服務器送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（5）終端代理B指示被叫用戶振鈴，用戶振鈴後向代理服務器發送180Ringing振鈴信息。

（6）代理服務器向終端代理A轉發被叫用戶振鈴信息。

（7）被叫用戶摘機，終端代理B向代理服務器返回表示鏈接成功的應答（200OK）

（8）代理服務器向終端代理A轉發該成功指示（200OK）

（9）終端代理A收到信息後，向代理服務器發ACK信息進行確認

（10）代理服務器將ACK確認消息轉發給終端代理B。

（11）主被叫用戶之間創建通訊鏈接，開始通話。

Ø 正常呼叫釋放過程：

（1） 正常呼叫

（2） 用戶通話結束後，被叫用戶掛機，終端代理B向代理服務器發送Bye消息。

（3） 代理服務器轉發Bye消息至終端代理A，同時向認證、計費中心發送用戶通話的詳細信息，請求計費。

（4） 主叫用戶掛機後，終端代理A向代理服務器發送確認掛斷響應信息200OK。

（5） 代理服務器轉發響應信息200OK。

Ø 會話更改流程：

（1）用戶代理服務端和代理客戶端正常通話。

（2）用戶代理服務端向用戶代理客戶端發送Invite信息，帶有新的SDP協商信息。

（3）用戶處理客戶端回覆200OK，並將協商後的SDP信息帶回。

（4）用戶代理服務端發送ACK給用戶代理客戶端進行確認。

Ø 被叫忙呼叫釋放：

（1）用戶摘機發起一路呼叫，終端代理A向該區域代理服務器發起Invite請求；

（2）代理服務器向被叫終端代理B傳送Invite請求。

（3）代理服務器向終端代理A發送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（4）終端代理B向代理服務器送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（5）呼叫請求送到被叫終端代理B後，被叫忙，終端代理B向代理服務器送486被叫忙響應。

（6）代理服務器向終端代理A轉發該響應消息。

（7）終端代理A向代理服務器回送ACK確認消息。

（8）代理服務器向終端代理B送ACK確認信息。

Ø 被叫無應答流程一：

（1）用戶摘機發起一路呼叫，終端代理A向該區域代理服務器發起Invite請求；

（2）代理服務器向被叫終端代理B傳送Invite請求。

（3）代理服務器向終端代理A發送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（4）終端代理B向代理服務器送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（5）被叫用戶振鈴，終端代理B向代理服務器送180Ring響應。

（6）代理服務器向終端代理A轉發該響應信息。

（7）被叫久振鈴無應答，終端代理A判斷超時後向代理服務器送Cancel消息放棄該呼叫。

（8）代理服務器收到Cancel消息後，向終端代理A回送200OK響應。

（9）代理服務器將Cancel消息轉發給終端代理B。

（10）終端代理B向代理服務器回送200OK響應。

（11）終端代理B向代理服務器送487請求已撤銷的響應信息。

（12）代理服務器收到後回送ACK確認。

（13）代理服務器向終端代理A送487請求已撤銷消息。

（14）終端代理A向代理服務器回送ACK確認。

注：以上步驟中的（10）到（12）無嚴格順序關係。

Ø 被叫無應答流程二：

（1）用戶摘機發起一路呼叫，終端代理A向該區域代理服務器發起Invite請求；

（2）代理服務器向被叫終端代理B傳送Invite請求。

（3）代理服務器向終端代理A發送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（4）終端代理B向代理服務器送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（5）被叫用戶振鈴，終端代理B向代理服務器送180Ring響應。

（6）代理服務器向終端代理A轉發該響應信息。

（7）被叫久振鈴無應答，終端代理B判斷超時後向代理服務器送408Requesttimeout消息放棄該呼叫。

（8）代理服務器收到408Requesttimeout消息後，轉發該消息給終端代理A。

（9）代理服務器回送ACK確認給終端代理B。

（10）終端代理A向代理服務器回送ACK確認。

注：以上步驟中的（9）到（10）無嚴格順序關係。

Ø 遇忙呼叫前轉：

（1）用戶摘機發起一路呼叫，終端代理A向該區域代理服務器發起Invite請求；

（2）代理服務器向被叫終端代理B傳送Invite請求。

（3）代理服務器向終端代理A發送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（4）終端代理B向代理服務器送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（5）終端代理B忙線中，B向代理服務器發送486Busy Here響應。

（6）代理服務器向終端代理B發送ACK確認消息。

（7）代理服務器對此呼叫進行前轉，向代理服務器C發送Invite請求消息。

（8）代理終端C收到後指示用戶振鈴，同時向代理服務器發送180Ringing響應。

（9）代理服務器向A轉發收到的180Ringing響應。

（10）被叫用戶C摘機接聽電話，終端代理C向代理服務器返回表示鏈接成功的應答（200OK）

（11）代理服務器向終端代理A轉發該成功指示（200OK）

（12）終端代理A收到信息後，向代理服務器發ACK信息進行確認

（13）代理服務器將ACK確認消息轉發給終端代理B。

創建通訊鏈接，開始通話。

（14）主叫用戶掛機，終端代理A向代理服務器發送Bye消息，請求掛機。

（15）代理服務器轉發Bye消息至終端代理C，指示C掛機。

（16）終端代理C向代理服務器發送確認掛斷響應信息200OK。

（17）代理服務器轉發響應信息200OK至A。

Ø 無應答呼叫前轉流程：

（1）用戶A摘機發起一路呼叫，終端代理A向該區域代理服務器發起Invite請求；

（2）代理服務器向被叫終端代理B傳送Invite請求。

（3）代理服務器向終端代理A發送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（4）終端代理B向代理服務器送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（5）被叫用戶振鈴，終端代理B向代理服務器送180Ring響應。

（6）代理服務器向終端代理A轉發該響應信息。

（7）被叫久振鈴無應答，代理服務器判斷超時後向代理終端B送Cancel消息放棄該呼叫。

（8）代理終端B收到Cancel消息後，向代理服務器回送200OK響應。

（9）終端代理B向代理服務器送487請求已撤銷的響應信息。

（10）代理服務器向終端代理B回送200OK響應。

（11）代理服務器對此呼叫進行前轉，向代理服務器C發送Invite請求消息。

（12）代理終端C收到後指示用戶振鈴，同時向代理服務器發送180Ringing響應。

（13）代理服務器向A轉發收到的180Ringing響應。

（14）被叫用戶C摘機接聽電話，終端代理C向代理服務器返回表示鏈接成功的應答（200OK）

（15）代理服務器向終端代理A轉發該成功指示（200OK）

（16）終端代理A收到信息後，向代理服務器發ACK信息進行確認

（17）代理服務器將ACK確認消息轉發給終端代理C。

創建通訊鏈接，開始通話。

（18）主叫用戶掛機，終端代理A向代理服務器發送Bye消息，請求掛機。

（19）代理服務器轉發Bye消息至終端代理C，指示C掛機。

（20）終端代理C向代理服務器發送確認掛斷響應信息200OK。

（21）代理服務器轉發響應信息200OK至A。

Ø 呼叫保持：

（1）用戶摘機發起一路呼叫，終端代理A向該區域的代理服務器發起Invite請求；

（2）代理服務器經過認證/計費中心確認用戶認證已經過後，檢查請求消息中的Via頭域中是否已包含其地址。若已包含，說明發生環回，返回指示錯誤的應答；若沒有問題，代理服務器在請求消息的Via頭域插入自身地址，並向Invite消息的To域所指示的被叫終端代理B傳送Invite請求。

（3）代理服務器向終端代理A發送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（4）終端代理B向代理服務器送呼叫處理中的應答信息：100Trying。

（5）終端代理B指示被叫用戶振鈴，用戶振鈴後向代理服務器發送180Ringing振鈴信息。

（6）代理服務器向終端代理A轉發被叫用戶振鈴信息。

（7）被叫用戶摘機，終端代理B向代理服務器返回表示鏈接成功的應答（200OK）

（8）代理服務器向終端代理A轉發該成功指示（200OK）

（9）終端代理A收到信息後，向代理服務器發ACK信息進行確認

（10）代理服務器將ACK確認消息轉發給終端代理B。

（11）主被叫用戶之間創建通訊鏈接，開始通話。

（12）代理終端B向代理服務器發送Reinvite消息，SDP的c域等於0,0,0,0。

（13）代理服務器轉發此信息給代理終端A。

（14）代理終端A收到Reinvite後迴應200OK響應。表示接受會話更改，同事根據協商結果修改會話方式。

（15）代理服務器轉發200OK給代理終端B。

（16）代理終端B收到消息後向代理服務器發送ACK消息進行確認。

（17）代理服務器將ACK確認消息轉發到代理終端A。

Ø 呼叫等待：

（1）AB正常通話。

（2）在AB通話的階段，用戶C向A發起呼叫，終端代理C發送Invite消息給代理服務器。

（3）代理服務器向終端C回送100Trying響應，表示呼叫已在處理中。

（4）代理服務器把Invite消息轉發給A。

（5）用戶A振鈴，而且終端A向代理服務器發送180Ring響應。

（6）代理服務器向終端C轉發該響應信息。

（7）用戶A按下呼叫保持鍵，代理終端A向代理服務器發送Invite消息，請求與代理終端C呼叫保持。

（8）代理服務器轉發此消息給終端代理B。

（9）代理服務器向終端A回送100Trying響應，表示呼叫已在處理中。

（10）終端B收到呼叫保持請求後，發送200OK給代理服務器，表示接受呼叫保持。

（11）代理服務器轉發200OK響應給終端代理A。

（12）代理終端A收到消息後向代理服務器發送ACK消息進行確認。

（13）代理服務器將ACK確認消息轉發到代理終端B。

（14）終端代理A發送200OK給代理服務器，表示接受C的呼叫。

（15）代理服務器轉發200OK給終端代理C。

（16）終端代理C向代理服務器回送ACK確認。

（17）代理服務器向代理終端A轉發收到的ACK確認。

A、C之間開始通話。

（18）用戶A掛機，終端代理A向代理服務器發送Bye請求消息。

（19）代理服務器轉發Bye消息給終端代理B。

（20）終端代理C發送200OK給代理服務器，表示接受請求。

（21）代理服務器轉發200OK響應給終端代理A。

（22）終端代理C從新發送Invite請求給代理服務器，請求和終端代理B恢復通話。

（23）代理服務器向代理終端B轉發收到的Invite請求。

二、SIP通訊過程報文抓取實例分析

l 實驗環境：Linux2.6+Asterisk1.4（開源IPPBX）

l 實驗地點：北京郵電大學信息與通訊工程學院創新實驗室

l SIP代理服務器IP：59.64.135.22  SIP電話號碼：825002（59.64.135.22）

l SIP代理終端IP：59.64.135.67

l 軟終端：X-lite

l 抓包分析工具：WireShark

注：因爲過程太多，如下僅僅抓取「成功註冊」，「呼叫--通話」 ，「掛斷」「註銷」四種狀況作典型包的分析。

Ø 註冊流程：

以上是REGISTER包。

咱們能夠看到在註冊的時候，終端會向代理服務器59.64.135.22發送REGISTER請求註冊。

以上是REGISTEROK包。服務器返回200 OK，表示註冊成功。

Ø 基本呼叫創建過程：

以上是INVITE包。咱們能夠看到在發起呼叫初期，終端向825002發出Invite的呼叫請求。

以上是Trying包，說明終端825003正在試着連通服務器，進一步轉接到825002.

因爲設置了自動接聽，因此這次通話沒有振鈴的包。

這是ACK包，表明確認信號。

Ø 正常呼叫釋放過程：

以上是BYE包。這是825002掛斷後服務器向825003發送的釋放呼叫信號。

Ø 註銷流程：

以上是825003註銷的包，咱們注意到expires=0這說明是註銷。

3.總結

SIP協議憑藉其簡單、易於擴展、便於實現等諸多優勢愈來愈獲得業界的青睞，它正逐步成爲NGN（下一代網絡）和3G多媒體子系統域中的重要協議，而且市場上出現愈來愈多的支持SIP的客戶端軟件和智能多媒體終端，以及用SIP協議實現的服務器和軟交換設備。

做者：gnuhpc
出處：http://www.cnblogs.com/gnuhpc/