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1. SIP简介

SIP，全称Session Initiation Protocol，会话发起协议，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。用于创建、修改、释放一个或多个参与者的会话，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，支持并应用于语音、视频、数据等多媒体业务，同时也用于Presence（呈现）、Instant Message(及时消息）等特色业务。SIP类似于HTTP，基于IP协议的SIP利用了IP网络。

2. SIP的发展历程

二十世纪九十年代，Henning Schulzrinne教授与人共同提出通过Internet传输实时数据的实时传输协议（RTP,Real-time Transport Protocol），还与人合作编写实时流传输协议（RTSP，Real-time Streaming Protocol）标准提案，用于控制音视频内容再Web上的流传输。1996年，RFC 2543----第一个SIP规范；2001年，RFC 3261—SIP基础确立， RFC 3262对临时响应的可靠性作规定， RFC 3263确立SIP代理服务器的定位规则， FRC 3264提供提议/应答模型， FRC 3265确定具体的事件通知。

3. SIP的特点

1. 不定义要建立的会话类型，只定义应该如何管理会话。

----------方便灵活地用于交互式游戏、音乐、视频点播、语音、Web会议等众多应用和服务。

2. SIP消息基于文本，构建类似于HTTP。

--------方便开发人员使用通用的编程语言来创建应用程序，方便读取和调试，

3. 重用MIME类型描述

--------方便与会话相关的应用程序可以自动启动。

4. 重用现有的几个成熟的Internet服务和协议，例如DNS、RTP、RSVP等。

-------很多部分已经现成可用或到位，不必再引入新服务对SIP基础设施提供支持。

5. 对SIP的扩充易定义。

-------可由服务提供商在新的应用中添加，不会损坏网络。网络中基于SIP的旧设备不会妨碍基于SIP的新服务。

6. SIP独立于传输层，支持多设备功能调整和协商。

---------底层传输可以采用ATM（异步传输方式）的IP。SIP使用用户数据报协议（UDP）以及传输控制协议（TCP），将独立于底层基础设施的用户灵活地连接起来。如果服务或会话启动了视频和语音，仍然可以将语音传输到不支持视频的设备。

4. 通信要求

1. 用户定位服务
2. 会话建立
3. 会话参与方管理
4. 特点的有限确定

5. SIP会话构成

SIP会话使用多达四个主要组件：

• SIP用户代理

SIP用户代理（UA）是终端用户设备，如用于创建和管理SIP会话的移动电话、多媒体手持设备、PC、PAD等。用户代理客户机发出消息，用户代理服务器对消息进行响应。

• SIP注册服务器

包含域中所有用户代理的位置的数据库。在SIP通信中，这些服务器会检索出对方的IP地址和其他相关信息，并将其发送到SIP代理服务器。

• SIP代理服务器

SIP代理服务器接受SIP用户代理的会话请求并查询SIP注册服务器，获取收件方用户代理的地址信息。然后将会话请求信息直接转发给收件方用户代理（如果其位于同一域中）或代理服务器（如果用户代理位于另一域中）。

• SIP重定向服务器

SIP重定向服务器允许SIP代理服务器将SIP会话邀请信息定向到外部域。SIP重定向服务器可以与SIP注册服务器和SIP代理服务器同在一个硬件上。

这些系统通过传输包括了SDP协议（用于定义消息的内容和特点）的消息来完成SIP会话。

SIP通过以下逻辑功能完成通信：

• 用户定位功能：确定参与通信的终端用户位置
• 用户通信能力协商功能：确定参与通信的媒体终端类型和具体参数
• 用户是否参与交互功能：确定某个终端是否加入某个特定会话中
• 建立呼叫和控制呼叫功能：包括向被叫“振铃”、确定主叫和被叫的呼叫参数、呼叫重定向、呼叫转移、终止呼叫等

情景说明1，SIP组件之间如何协调以在同一域中的用户代理之间建立SIP会话：

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用户A使用SIP电话，用户B有一台PC，运行支持语音和视频的软客户程序。加电后，两个用户都在ISP（网络服务提供商）网络中的SIP代理服务器上注册了他们的空闲情况和IP地址。
1.呼叫用户B：

用户A发起此呼叫，告诉SIP代理服务器要联系用户B

2.查询B在哪里：

SIP代理服务器向SIP注册服务器发出请求，要求提供用户B的IP地址

3.响应B的SIP地址：

SIP代理服务器收到SIP注册服务器查询到的用户B的IP地址

4.呼叫：

SIP代理服务器转发用户A和用户B进行通信的邀请信息（使用SDP），包括用户A要使用的媒体

5.响应：

用户B通知SIP代理服务器可以接受用户A的邀请，且已经做好接收消息的准备

6.响应：

SIP代理服务器将此消息（用户B接受A的邀请）传达给用户A，从而建立SIP会话。然后，用户创建一个点到点的RTP连接，实现用户间的交互通信。

情景说明2，SIP组件之间如何协调以在不同域中的用户代理之间建立SIP会话：

1.呼叫用户B：

用户A邀请正在使用多媒体手持设备的用户B进行SIP会话，域A中的SIP代理服务器辨别出用户B不在同一域中

2.询问域B中的用户：

3.响应：

SIP重定向服务器将用户B的联系信息反馈给SIP代理服务器

4.呼叫域B中的SIP代理：

该SIP代理服务器再将SIP会话邀请信息转发给域B中的SIP代理服务器

5.查询B在哪里：

域B中的SIP代理服务器向SIP注册服务器发出请求，要求提供用户B的IP地址

6.用户B的地址：

域B的SIP代理服务器收到域B的SIP注册服务器查询到的用户B的IP地址

7.代理呼叫：

域B的SIP代理服务器转发用户A的邀请信息发送给用户B

8.响应：

域B中，用户B通知该SIP代理服务器可以接受用户A的邀请，且已经做好接收消息的准备

9.响应：

用户B再沿着邀请信息经由的同一路径转发接受邀请的信息

10.响应：

域A的SIP代理服务器将此消息（用户B接受A的邀请）传达给用户A，从而建立SIP会话。然后，多媒体通道已建立。

6. 常用的SIP消息

SIP协议是一个Client/Server协议，因此SIP消息分为两种：请求消息和响应消息。
请求消息是SIP客户端为了激活特定操作而发给服务器的消息。

常见的SIP请求消息如下：

• INVITE：表示主叫用户发起会话，邀请其他用户加入一个会话，也可以用在呼叫建立后用于更新会话（此时INVITE又称为Re-invite)
• ACK：客户端向服务器端证实它已经收到了对INVITE请求的最终响应。
• PRACK：表示对1XX响应信息的确认请求消息。
• BYE：表示终止一个已经建立的呼叫。
• CANCEL：表示在收到对请求的最终响应之前取消该请求，对于已完成的请求则无影响。
• REGISTER：表示客户端向SIP服务器端注册列在To字段中的地址信息。
• OPTIONS：表示查询被呼叫的相关信息和功能。

SIP协议中的响应消息用于对请求消息进行响应，指示呼叫的成功或失败状态

常见的一些响应消息：

• 100试呼叫（Trying)
• 180振铃（Ringing）
• 181呼叫正在前转（Call is Being Forwarded)
• 200成功响应（OK）
• 302临时迁移（Moved Temporarily)
• 400错误请求（Bad Request)
• 401未授权（Unauthorized)
• 403禁止（Forbidden)
• 404用户不存在（Not Found）
• 480暂时无人接听（Temporarily Unavailable)
• 486线路忙（Busy Here)
• 504服务器超时（Server Time-out)
• 600全忙（Busy Everywhere)

7. 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：

1. Session Model
2. Pager Model

7.1 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：详见：SIP协议详解

主呼叫方A呼叫被叫方B：

1. 主叫方A发送INVITE请求到代理服务器1；
2. 代理服务器1发送100 Trying响应，试呼叫主叫方A；
   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；
   7-9：被叫方B生成的180振铃响应，返回给主叫方A；
   10-12：被叫方B生成的200 OK响应，返回给主叫方A；
   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;
   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；
   21-23：主叫方A发送200 OK响应来确认bye，会话终止。

7.2 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。Pager Model请求流程如下：

1：User1发送Message请求到代理服务器；
2：代理服务器转发User1的Message请求给User2；
3：User2收到User1的消息后，回复200 OK给代理服务器；
4：代理服务器转发200 Ok回复给User1.

7.3 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)与状态行(status-line)
• 消息头(header)
• 正文(body)

一、request-line 请求行
格式：Method Request-URL SIP-Version CRLF
举例：INVITE sip: SIP/2.0 /r/n

Method：

• REGISTER：注册联系信息
• INVITE：发起会话请求
• ACK：INVITE请求的响应的确认
• CANCEL：取消请求
• BYE：终结会话
• OPTIONS：查询服务器能力
• MESSAGE：RFC3428对Sip协议的扩展，增加了MESSAGE方法。采用Pager Model进行通信，传递不超过1300字节的数据。

Request-URL：
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。

二、status-line 状态行
格式：SIP-Version Status-Code Reason-Phrase CRLF
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5种可能的取值：

• 1XX：临时响应、表示请求消息正在被处理
• 2XX：成功响应、表示请求已被成功接收完全理解并接收
• 3XX：重定向响应、表示需采取进一步完成请求
• 4XX：客户机错误、表示请求消息中包含语法错误或服务器无法完成客户机的请求
• 5XX：服务器错误、表示服务器无法合法完成请求
• 6XX：全局故障、表示任何服务器都无法完成该请求

常用的状态码举例：

• 100：Trying 试呼叫
• 180：Ringing 振铃
• 181：Call is Being Forwarded 呼叫正在前转
• 200：OK 成功响应
• 302：Moved Temporarily 临时迁移
• 400：Bad Request 错误请求
• 401：Unauthorized 未授权
• 403：Forbidden 禁止
• 404：Not Found 用户不存在
• 408：Request Timeout 请求超时
• 480：Temporarily Unavailable 暂时无人接听
• 486：Busy Here 线路忙
• 504：Server Time-out 服务器超时
• 600：Busy Everywhere 全忙

三、Header 消息头
Header字段含义说明如下：

• 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
  举例：Call-ID：asd88asd77a@1.2.3.4
• From：表示请求的发起者
  举例：From: sip:;tag=49583
• To：表示请求的接收者
  举例：To:sip:
• Via：Via头域是被服务器插入request中，用来检查路由环，并且可以使response根据via找到返回的路
  举例：Via:SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com; branch=z9hG4bK776sgdkse
• 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
  举例：Max-Forwards:70
• Contact：包含源的URL信息，用来给响应方直接和源建立连接用
  举例：Contact:sip:192.168.100.1:1111
• Content-Type：指明消息体的类型（SDP会话描述协议）
  举例：
  Content-Type:text/plain;
  Content-Type:application/sdp;
  Content-Type:application/cpim;
• Content-Length：指明消息体的字节大小
  举例：Content-Length:18

参考资料：
1.SIP协议详解
2.SIP百度百科