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的主流發展方向。

    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系統中，是VoIP系統的主要協議，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，然而對于小型應用系統來說過于復雜。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，優勢明顯。

    SIP協議用于發起會話，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，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。

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：

● 名字翻譯和用戶定位：無論被呼叫方在哪里都確保呼叫達到被叫方。執行任何描述信息到定位信息的映射。

● 特征協商：它允許與呼叫有關的組（這可以是多方呼叫）在支持的特征上達成一致。例如是否支持視頻等多種需要協商的特征。

● 呼叫參與者管理：呼叫中參與者能夠引入其它用戶，加入呼叫或取消到其它用戶的連接。

● 呼叫特征改變：用戶應該能夠改變呼叫過程中的呼叫特征。

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、方便地提供業務，具有多方面優點。

● 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。

● 開放的業務生成環境：SIP網絡的業務提供主要由Proxy Server完成，生成一個業務就是設計一個業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）來規定。

第二層是傳輸層，定義了網絡上客戶機與服務器發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送給服務器事務的請求（使用傳輸層），以及服務器事務發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系統得功能實體及工作流程

    SIP系統采用C\S模式，利用消息機制建立并管理會話。按邏輯功能，SIP系統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系統的基本模型。

    SIP用戶代理（SIP UA）：又稱為SIP終端，是SIP系統中的最終用戶，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。

    圖表中用戶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和IP地址。用戶A發起呼叫；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發送結束請求，在Alice確認這個請求以后會話結束。

用VOCAL系統實現基于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通信系統的組成

    一個完整的VOCAL通信系統應包含以下幾個部分：

● VOCAL系統電話軟件，是整個系統的核心，包含多種服務器。

● GUI：圖形用戶接口。

● IP電話：VOCAL支持多種電話設備，包括SIP電話和SIP用戶代理應用軟件。

● 網關：不僅提供網絡之間的接口，還能起到基于SIP網絡和其他類型網絡之間消息翻譯器的功能。VOCAL包含兩種網關：住宅網關和中繼網關。

    Marshal server：是外部設備和VOCAL系統連接的唯一接口。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送到整個系統中去。

2．VOCAL系統的安裝與測試

    VOCAL系統在Linux或Solaris操作系統下運行，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）操作系統中必須要有X window系統，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可以先檢查/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，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。

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，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。

    北京郵電大學信息工程學院 李志 撰