SIP协议详解_sip协议

SIP协议基本介绍

背景介绍

Internet的许多应用都需要建立和管理一个会话会话在这里的含义是在参与者之间的数据的交换。由于考虑到参与者的实际情况这些应用的实现往往是很复杂的参与者可能是在代理间移动他们可能可以有多个名字他们中间的通讯可能是基于不同的媒介比如文本多媒体视频音频等－有时候是多种媒介一起交互。人们创造了无数种通讯协议应用于实时的多媒体会话数据比如声音影像或者文本。SIP会话初始协议和这些协议一样同样允许使用Internet端点用户代理来寻找参与者并且允许建立一个可共享的会话描述。为了能够定位精确的会话参与者并且也为了其他的目的SIP允许创建基础的network hosts叫做代理服务器并且允许终端用户注册上去发出会话邀请或者发出其他请求。SIP是一个轻形的多用途的工具可以用来创建修改和终止会话它独立运作于通讯协议之下并且不依赖建立的会话类型。

功能介绍

SIP是一个应用层的控制协议可以用来建立、修改、和终止多媒体会话或者会议例如Internet 电话。SIP也可以邀请参与者参加已经存在的会话比如多方会议。媒体可以在一个已经存在的会话中方便的增加或者删除。SIP显示的支持名字映射和重定向服务这个用于支持个人移动业务－用户可以使用一个唯一的外部标志而不用关系他们的实际网络地点。SIP在建立和维持终止多媒体会话协议上支持5个方面
1 用户定位 检查终端用户的位置用于通讯。
2 用户有效性检查用户参与会话的意愿程度。
3 用户能力检查媒体和媒体的参数。
4 建立会话”ringing”,建立会话参数在呼叫方和被叫方。
5 会话管理包括发送和终止会话修改会话参数激活服务等等。

SIP协议格式介绍

概括-总体

SIP消息体结构与Http协议结构相似均由三部分组成

•请求行(request-line) or 状态行(status-line)

•消息头(header)

•正文(body)

  请求行

请求行格式Method Request-URI SIP-Version CRLF

请求行举例INVITE sip:bob@zte.com SIP/2.0 /r/n

Method:以下列出了几种消息Method方法

Request-URI指示请求的用户或者服务的地址信息

SIP-Version请求和响应消息都需要包含SIP版本

状态行

状态行格式 SIP-Version Status-Code Reason-Phrase CRLF

状态行举例SIP/2.0 200 OK /r/n

Status-Code状态码状态代码由3位数字组成表示请求是否被理解或被满足。

状态代码的第一个数字定义了响应的类别后面两位没有具体的分类。

消息头

MESSAGE sip:0210011140114@10.192.39.37:17017 SIP/2.0

Via: SIP/2.0/UDP 10.192.39.194:15069;rport;branch=z9hG4bK2000324456

From: <sip:0100012000002@10.192.39.194:15069>;tag=2253307030

To: sip:0210011140114@10.192.39.37:17017

Contact: <sip:0100012000002@10.192.39.194:15069>

Call-ID: 755416301

CSeq: 20 MESSAGE

Content-Type: Application/MANSCDP+xml

Max-Forwards: 70

User-Agent: eXosip/3.3.0

Content-Length:   161

Header	含义说明	举例
Call-ID	由本地设备(Client)生成全局唯一每次呼叫这个值唯一不变	Call-ID: 755416301
From	表示请求的发起者	From: <sip:0100012000002@10.192.39.194:15069>;tag=2253307030
To	表示请求的接收者	To: sip:user2@domain.com
Via	Via头域是被服务器插入request中用来检查路由环的并且可以使response根据via找到返回的路	To: <sip:0210011140114@10.192.39.37:17017>
Max-Forwards	用于表示这个包最多可以传送多少跳每经过一跳都会减一当Max-Forwards==0系统会返回483。默认为70	Max-Forwards: 70
Contact	包含源的URI信息用来给响应方直接和源建立连接用	Contact: <sip:0100012000002@10.192.39.194:15069>
Content-Type	指明消息体的类型 (SDP会话描述协议)	Content-Type: text/plainContent-Type: application/sdp; Content-Type: application/cpim;
Content-Length	指明消息体的字节大小	Content-Length: 47

SIP协议理解

结构

在SIP协议中主要包含以下几种逻辑上的角色UA、Proxy Server、 Register/Location Server、Redirect Server。

UA用户代理User Agent类似于http协议中浏览器的角色是用户操作的终端界面用户代理需要符合SIP协议的要求但是结合其他的协议根据不同的应用场景会有不同的实现逻辑。比如SIP协议结合H.323VoIP协议可以实现软件电话功能。用户代理分为UACUA Client和UASUA Server两种逻辑实体UAC发送SIP Request并接受ResponseUAS接收SIP Request并返回Response一个物理设备既可以是UAC同时也可以是UAS。

Proxy Server代理服务器的作用主要是转发Request和Response给其他的Proxy Server或者UAProxy Server分为有状态代理服务器Stateful Proxy和无状态代理服务器Stateless Proxy前者会保留一次通信事务的状态通过一个有限状态机来控制转发操作而后者不保存状态只是实现透明的转发操作。

Registration/Location Server注册和定位服务器用于登记和定位UA在线的UA会定时的向Registration服务器发送SIP消息来表明UA当前的位置如IP地址、端口号等Registration服务器会将该信息存入数据库或者散列表中当其他UA向该UA发送request时就能获得该UA的位置。

Redirect Server用于重定向在逻辑上相当于一个特殊功能的UA。

                                                                           

重要概念

 

sip协议最重要的是要弄清楚sip协议的3个核心定义dialog对话、session会话、transaction事务把这3部分梳理清楚就可以清楚的看到sip协议栈的基本架构了。

事务

概述Transaction事务是指一个请求消息以及这个请求对应的所有响应消息的集合。

理解                                    

       1. 对于INVITE事务来讲除包含INVITE请求和对应的响应消息外在非成功响应的情况下还包括ACK请求。

       2.Via头中的branch参数能够唯一确定一个事务。branch值相同代表同一个 transaction(事务)。

       3.事务是由事件方法来引起的一个方法Method的建立和到来都将建立新的事务。实际上当收到新消息时就是根据branch来查找对应的事务

       4.根据sip协议描述一个transaction由5个必要部分组成from、to、Via头中的branch参数、call-id和cseq这5个部分一起识别某一个transaction 如果缺少任何一部分该transaction就会设置失败。

 

对话

概述: Dialog对话是两个UA之间持续一段时间的点对点的SIP连接。

理解:

        1.它使UA之间的消息变得有序同时给出请求消息的正确的路由。

        2.Call-ID、from-tag以及to-tag三个值的组合能够唯一标识一次对话。

        3.对话一般是由Invite and Subscribe  来创建的。即对话处于确定阶段时对话已经建立起来。

注意事项

        1.在一个对话中不同UA之间的 dialog ID 是不同的。

        2.在一个UA中的 local tag 与其对方的 remote tag 是一样的。tag 是透明的标记这有助于生成独一无二的 dialog ID。

 

会话

概述:会话是一次通信过程中所有参与者之间的关联关系以及他们之间的媒体流的集合。

理解:

根据SDP 的描述“一个多媒体会话是多媒体的发送者和接收者以及传输与发送者与接收者之间的多媒体流一个多媒体会议是一个多媒体会话的例子”在SDP定义下的会话是可以包含一个或者多个RTP会话。一个被叫方可以被邀请多次被不同的呼叫方呼叫至同一个会话如果使用了SDP一个会话被SDP开头处的一些相关的SDP用户名、会话id、网络类型、地址类型元素定义。

注意事项

            1.只有当媒体协商成功后会话才能被建立起来。

 

SDP协议介绍

 

以国标28181协议中SDP信息为例:

v=0                                                                               //版本信息
o=33010602001310019325 0 0 IN IP4 10.64.49.44   // 拥有者信息 33010602001310019325 监控点编码  / 10.64.49.44 拥有者IP)
s=Play                                                                       // 会话主题  (Play 实时预览 PlayBack 录像回放 DownLoad 录像下载)
c=IN IP4 10.64.49.44                                                // 媒体接收者IP
t=0 0                                                                          // 时间0 0 标识实时预览  非0 0 标识录像回放或者下载时间段
m=video 5494 RTP/AVP 96 97 98                           // 媒体信息 (5494 媒体端口  RTP/AVP rtp 负载类型(tcp/udp))
a=rtpmap:96 PS/90000                                          // 视频流编码 PS格式  Pts 单位1/90000
a=rtpmap:97 MPEG4/90000
a=rtpmap:98 H264/90000
a=recvonly
y=0999999999

RTP协议格式

实时传输协议Real-time Transport Protocol是一个网络传输协议它是由IETF的多媒体传输工作小组1996年在RFC 1889中公布的。RTP协议详细说明了在互联网上传递音频和视频的标准数据包格式。

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |V=2|P|X|  CC   |M|     PT      |       sequence number         |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                           timestamp                           |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |           synchronization source (SSRC) identifier            |
   +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
   |            contributing source (CSRC) identifiers             |
   |                             ....                              |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
上图引自rfc3550由上图中可知道RTP报文由两个部分构成--RTP报头和RTP的负载

RTP报文由两部分组成报头和有效载荷。RTP报头格式如图所示其中

1.VRTP协议的版本号占2位当前协议版本号为2。

2. P填充标志占1位如果P=1则在该报文的尾部填充一个或多个额外的八位组它们不是有效载荷的一部分。

3. X扩展标志占1位如果X=1则在RTP报头后跟有一个扩展报头。

4.  CCCSRC计数器占4位指示CSRC 标识符的个数。

5. M: 标记占1位不同的有效载荷有不同的含义对于视频标记一帧的结束对于音频标记会话的开始。

6. PT: 有效载荷类型占7位用于说明RTP报文中有效载荷的类型如GSM音频、JPEM图像等,在流媒体中大部分是用来区分音频流和视频流的这样便于客户端进行解析。

7. 序列号占16位用于标识发送者所发送的RTP报文的序列号每发送一个报文序列号增1。这个字段当下层的承载协议用UDP的时候网络状况不好的时候可以用来检查丢包。同时出现网络抖动的情况可以用来对数据进行重新排序在helix服务器中这个字段是从0开始的同时音频包和视频包的sequence是分别记数的。

8. 时戳(Timestamp)占32位时戳反映了该RTP报文的第一个八位组的采样时刻。接收者使用时戳来计算延迟和延迟抖动并进行同步控制。

9. 同步信源(SSRC)标识符占32位用于标识同步信源。该标识符是随机选择的参加同一视频会议的两个同步信源不能有相同的SSRC。

10. 特约信源(CSRC)标识符每个CSRC标识符占32位可以有0～15个。每个CSRC标识了包含在该RTP报文有效载荷中的所有特约信源。

如果扩展标志被置位则说明紧跟在报头后面是一个头扩展其格式如下

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |      defined by profile       |           length              |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                        header extension                       |
   |                             ....                              |

PS流格式

节目流PS由打包的基本码流PES组合而成即一组视频、音频和数据基本分量它们具有共同的相对时间关系其分组长度可变且相对较长一般用于传输、存储及本地播放等误码相对较少的环境。

示例

注册-含鉴权

REGISTER sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100 SIP/2.0   
Via: SIP/2.0/UDP 10.64.49.218:7100;rport;branch=z9hG4bK4162288924 
From: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>;tag=382068091
To: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>
Call-ID: 143225205      
CSeq: 1 REGISTER
Contact: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>
Max-Forwards: 70
User-Agent: Hikvision
Expires: 7200
Content-Length: 0

SIP/2.0 401 Unauthorized
Via: SIP/2.0/UDP 10.64.49.218:7100;rport=7100;branch=z9hG4bK4162288924
From: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>;tag=382068091
To: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>;tag=916944766
Call-ID: 143225205
CSeq: 1 REGISTER
WWW-Authenticate: Digest realm="hik", nonce="a8afe6fcbee6331d89d3eb0d3d19ce39", opaque="a853e4f25298413f9bf3a9aa6767857d", algorithm=MD5
User-Agent: Hikvision
Expires: 7200
Content-Length: 0

REGISTER sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.64.49.218:7100;rport;branch=z9hG4bK3997518011
From: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>;tag=382068091
To: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>
Call-ID: 143225205
CSeq: 2 REGISTER
Contact: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>
Authorization: Digest username="admin", realm="hik", nonce="a8afe6fcbee6331d89d3eb0d3d19ce39", uri="sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100", response="907ddb1bcc25174d7de4a96c947fb066", algorithm=MD5, opaque="a853e4f25298413f9bf3a9aa6767857d"
Max-Forwards: 70
User-Agent: Hikvision
Expires: 7200
Content-Length: 0

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP 10.64.49.218:7100;rport=7100;branch=z9hG4bK3997518011
From: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>;tag=382068091
To: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>;tag=705514612
Call-ID: 143225205
CSeq: 2 REGISTER
Contact: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>
User-Agent: Hikvision
Date: 2013-09-10T16:01:51
Content-Length: 0

预览-包含结束bye

INVITE sip:33010602001310019325@10.64.49.218:7100 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.64.49.44:7100;rport;branch=z9hG4bK1839167633
From: <sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100>;tag=868569348
To: <sip:33010602001310019325@10.64.49.218:7100>
Call-ID: 2074790969
CSeq: 20 INVITE
Contact: <sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100>
Content-Type: Application/SDP
Max-Forwards: 70
User-Agent: Hikvision
Subject: 33010602001310019325:0,130909115229300920:0
Content-Length: 216

v=0
o=33010602001310019325 0 0 IN IP4 10.64.49.44
s=Play
c=IN IP4 10.64.49.44
t=0 0
m=video 5494 RTP/AVP 96 97 98
a=rtpmap:96 PS/90000
a=rtpmap:97 MPEG4/90000
a=rtpmap:98 H264/90000
a=recvonly
y=0999999999

SIP/2.0 100 Trying
Via: SIP/2.0/UDP 10.64.49.44:7100;rport=7100;branch=z9hG4bK1839167633
From: <sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100>;tag=868569348
To: <sip:33010602001310019325@10.64.49.218:7100>
Call-ID: 2074790969
CSeq: 20 INVITE
User-Agent: Hikvision
Content-Length: 0

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP 10.64.49.44:7100;rport=7100;branch=z9hG4bK1839167633
From: <sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100>;tag=868569348
To: <sip:33010602001310019325@10.64.49.218:7100>;tag=3330812776
Call-ID: 2074790969
CSeq: 20 INVITE
Contact: <sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100>
Content-Type: Application/SDP
User-Agent: Hikvision
Content-Length: 162

v=0
o=33010602001310019325 0 0 IN IP4 10.64.49.44
s=Play
c=IN IP4 10.64.49.218
t=0 0
m=video 5514 RTP/AVP 96
a=rtpmap:96 PS/90000
a=sendonly
y=0060205514

ACK sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.64.49.44:7100;rport;branch=z9hG4bK3589109049
From: <sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100>;tag=868569348
To: <sip:33010602001310019325@10.64.49.218:7100>;tag=3330812776
Call-ID: 2074790969
CSeq: 20 ACK
Contact: <sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100>
Max-Forwards: 70
User-Agent: Hikvision
Content-Length: 0

BYE sip:130909113319427420@10.64.49.218:7100 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 10.64.49.44:7100;rport;branch=z9hG4bK2928302365
From: <sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100>;tag=868569348
To: <sip:33010602001310019325@10.64.49.218:7100>;tag=3330812776
Call-ID: 2074790969
CSeq: 21 BYE
Contact: <sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100>
Max-Forwards: 70
User-Agent: Hikvision
Content-Length: 0

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP 10.64.49.44:7100;rport=7100;branch=z9hG4bK2928302365
From: <sip:130909115229300920@10.64.49.44:7100>;tag=868569348
To: <sip:33010602001310019325@10.64.49.218:7100>;tag=3330812776
Call-ID: 2074790969
CSeq: 21 BYE
User-Agent: Hikvision
Content-Length: 0