视频通讯使用的SIP协议详解

Posted 2021-09-12 老樊Lu码

一、Sip协议简介：

SIP（Session Initiation Protocol，会话初始协议）是由IETF（Internet Engineering Task Force，因特网工程任务组）制定的多媒体通信协议。广泛应用于CS（Circuit Switched，电路交换）、NGN（Next Generation Network，下一代网络）以及IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）的网络中，可以支持并应用于语音、视频、数据等多媒体业务，同时也可以应用于Presence（呈现）、Instant Message（即时消息）等特色业务。可以说，有IP网络的地方就有SIP协议的存在。

SIP是类似于HTTP，SIP可以减少应用特别是高级应用的开发时间。由于基于IP协议的SIP利用了IP网络，固定网运营商也会逐渐认识到SIP技术对于他们的远意义。

SIP 协议，即 会话初始协议（Session Initiation Protocol），是一个应用层的 点对点协议，用于初始、管理和终止网络中的语音和视频会话，是 GB28181 的核心之一。

按照 IETFRFC2543 的定义：

SIP是一个基于文本的应用层控制协议，独立于底层传输协议 TCP/UDP/SCTP，用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话。SIP协议借鉴了HTTP、SMTP等协议，支持代理、重定向及登记定位用户等功能，支持用户移动。通过与RTP/RTCP、SDP、RTSP等协议及DNS配合，SIP支持语音、视频、数据、E-mail、状态、IM、聊天、游戏等。SIP协议可在TCP或UDP之上传送，由于SIP本身具有握手机制，可首选UDP。

 

 

SIP 协议虽然属于应用层协议，然而 SIP 本身并不提供任何服务。但是 SIP 是通信的基础，在 SIP 这个通信的基础上可以用来构建不同的服务。SIP 协议在建立和维持多媒体会话中，主要支持如下 5 个功能：

1) 检查终端用户的位置。无论被叫方在哪里均能确保呼叫达到被叫方，进行任何描述信息到定位信息的转换；

2）检查用户参与会话的意愿程度。参与者在呼叫中能够引入其他用户加入或者取消其他用户的连接；

3）检查媒体和媒体参数，允许与呼叫有关的组在支持特性上保持一致；

4）在呼叫与被叫双方建立会话；

5）发送和终止会话，修改会话参数，激活服务等会话管理操作；

二、Sip消息的两种会话模式

在Sip IM通信应用过程中，一般存在着两种会话模式：

Session Model

Pager Model

2.1、Session Model

会话中，对于消息体内容大于1300字节时，一般采用Session Model。其会话建立过程如下图所示：

 

主叫方A呼叫被叫方B：

步骤1：主叫方A发送INVITE请求到代理服务器；

步骤2：代理服务器发送100 Trying 响应主叫方A；

步骤3~6：代理服务器搜索被叫方B的地址，获取地址后转发INVITE请求；

步骤7~9：被叫方B生成的180 振铃响应，返回给主叫方A；

步骤10~12：被叫方B生成的200 OK响应，返回给主叫方A；

步骤13~17：主叫方A收到被叫方B200 OK响应后，向被叫方B发送一个ACK，会话建立；

步骤18~20：会话结束后，任何参与者（A或B）都可以发送一个BYE请求来终止会话；

步骤21~23：主叫方A发送200 OK响应来确认BYE，会话终止。

注：以上的整个流程称之为一个Dialog

2.2、Pager Model

在Sip消息中，对于消息体不大于1300字节时，一般采用Pager Model。Sip消息通信中采用MESSAGE方法，MESSAGE方法本身并不建立Dialog，在多数应用中，每条IM消息都是独立的，颇似分页消息。

2.2.1 MESSAGE方法的由来

RFC3428对Sip协议进行了扩展，在Sip协议中增加了MESSAGE请求方法。采用Pager Model进行通信，传递不超过1300字节的数据。

2.2.2 MESSAGE方法消息体

当User1想给User2发送IM消息时，只需构造一个MESSAGE，发出去即可。

对于其消息体body可以是任何MIME格式。但必须支持plain/text格式，可以选择支持message/cpim（见RFC3860）格式，可能用message/cpim会好一点，因为已有的IM系统标准是message/cpim格式。

2.2.3 Pager Model请求流程如下

以User1向User2发送MESSAGE消息为例：

 

步骤1：User1发送MESSAGE请求到代理服务器；

步骤2：代理服务器转发User1的MESSAGE请求给USER2；

步骤3：User2收到User1的消息后，回复200 OK给代理服务器；

步骤7~9：代理服务器转发200 OK回复给User1

三、SIP消息体格式

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)

3.1、请求行

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

请求行举例：INVITE 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版本信息

3.2、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。

第一个数字有五种可能的取值：

常用的状态码举例：

 

3.3、消息头

发送MESSAGE消息给user2

 

Header 字段含义说明：

 

四、SIP消息举例

这里举两个例子：

MESSAGE消息（Pager Mode）

REGISTER消息

4.1、MESSAGE消息（Pager Model）

以User1发送MESSAGE消息给user2为例：

 

步骤2：代理服务器转发User1的MESSAGE请求给USER2

代理服务器收到步骤1请求，到数据库中查找User2（注册过程中生成数据库），随后生成步骤2的数据。

 

步骤3：User2收到User1的消息后，回复200 OK给代理服务器

直接回应（200-OK） 没有Body，也不携带Contact头域

 

步骤4：代理服务器转发200 OK回复给User1

代理服务器收到回复后，去掉最顶端的Via，转发如下消息给User1

 

4.2、REGISTER消息

首先举例一个非鉴权注册消息。

4.2.1 非鉴权注册消息

192.168.2.161机器发送注册消息给192.168.2.89服务器：

 

当注册成功（回送200 OK）时，服务器发送的res消息参考如下：

 

4.2.2 鉴权注册消息

当需要鉴权注册时

请求端192.168.2.161发送注册消息给192.168.2.89服务器

服务器对192.168.2.161发送“401 Unauthorized”信息给请求端，提示请求端需要带上鉴权信息重新注册

请求端带上鉴权信息后（带有“Authorization”头字段）重新向服务器注册

服务器验证鉴权头的正确性，如果鉴权成功，给请求端发送200 OK消息。若失败，继续发送401消息。

请求端192.168.2.161发送注册消息给192.168.2.89服务器

 

服务器对192.168.2.161发送401 Unauthorized信息给请求端，提示请求端需要带上鉴权信息重新注册：

         请求端192.168.2.161通过Authorization头字段带上鉴权头信息，发送一个新的REGISTER消息：

         服务器验证鉴权头的正确性，如果鉴权成功，给请求端发送200 OK消息。若失败，继续发送401消息

 

五、CPIM消息格式：

Message/CPIM是一个两部分实体，第一部分为消息元数据，第二部分为消息内容。这两部分与包装好的MIME头域相互独立，并且两部分之间用空格行隔开。消息元数据头信息遵循比MIME消息内容的头格式更严格的格式要求。

一个完整的消息格式如下：

m: Content-type: Message/CPIM

s:

h: (message-metadata-headers)

s:

e: (encapsulated MIME message-body)

其中，标签“m：”，“s：”，“h：”，“x：”并不是消息格式的一部分，而是用来区分消息的不同部分。具体含义如下：

m: 整个消息的MIME消息头

s: 空格分隔行

h: 消息头

e: 包含消息内容在内的封装好的MIME对象

x: 符合MIME安全的若干消息包装

u Message/CPIM消息的MIME消息头（m：）

消息的MIME消息头表示该消息采用的CPIM格式。具体形式为：

Content-type: Message/CPIM

u 消息头（h：）

在传输过程中，消息头的格式、顺序及内容都不能被修改。

具体格式为：Key：Value

对消息头的要求有：

确保一个消息头在同一行；

每行一个消息头；

处理器不能对消息头的长度限制；

消息头的开始和结尾不能出现空格；

必须使用UTF-8字符；

使用CR，LF结束该行；

消息头名称只能包含US ASCII码字符；

不能包含任何控制字符；

消息头名称冒号后必须有一个空格；

多行可以使用相同的消息头；

消息 头必须配对；

在不能识别消息头的情况下，该消息头将被忽略；

消息头的顺序不能改变；

例如：

To: Pooh Bear

From:

DateTime: 2001-02-02T10:48:54-05:00

CPIM定义的消息头有：NS、Require、From、To、cc、DateTime、Sunject。

下面是一个Message/CPIM消息的例子：

m: Content-type: Message/CPIM

s:

h: From: MR SANDERS

h: To: Depressed Donkey

h: DateTime: 2000-12-13T13:40:00-08:00

h: Subject: the weather will be fine today

h: Subject:;lang=fr beau temps prevu pour aujourd'hui

h: NS: MyFeatures

h: Require: MyFeatures.VitalMessageOption

h: MyFeatures.VitalMessageOption: Confirmation-requested

h: MyFeatures.WackyMessageOption: Use-silly-font

s:

e: Content-type: text/xml; charset=utf-8

e: Content-ID

e:

e: <body>

e: Here is the text of my message.

e: </body>

为了确保Message/CPIM的安全性，应用部署可以使用RFC1847，或其它合适的安全协议（如S/MIME或openPGP）对上述消息加密。

使用S/MIME和pkcs7，上述消息变为：

x: Content-Type: multipart/signed; boundary=next;micalg=sha1; protocol=application/pkcs7-signature

x:

x: --next

m: Content-Type: Message/CPIM

s:

h: From: MR SANDERS

h: To: Dopey Donkey

h: DateTime

h: Subject: the weather will be fine today

h: Subject:;lang=fr beau temps prevu pour aujourd'hui

h: NS: MyFeatures

h: Require: MyFeatures.VitalMessageOption

h: MyFeatures.VitalMessageOption: Confirmation-requested

h: MyFeatures.WackyMessageOption: Use-silly-font

s:

e: Content-type: text/xml; charset=utf-8

e: Content-ID:

e:

e: <body>

e: Here is the text of my message.

e: </body>

x: --next

x: Content-Type: application/pkcs7-signature

x:

x: (signature stuff)