作者：gnuhpc
出處：http://www.cnblogs.com/gnuhpc/
1、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。用戶代理本身具有一客戶機元素（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。這允許點到點的呼叫通過客戶機-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業務的核心特點集中在SIP的設計目標之一是提供類似公用交換電話網(PSTN)中呼叫處理功能的擴展集。在這個擴展集中，實現類似日常電話的操作：撥號，振鈴，回鈴音或者忙音，只是實現方式和術語有所不同。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，其特點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，所以它只需要一個相對簡單的(因此也高度可擴展的)核心網絡，而將處理工作下放給連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作法大異其趣。而協議的其他特點還有它是一個文本協議，所以易於調測，結構靈活；而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，因此它與IETF的許多其他協議都有聯繫，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作，僅僅涉及通信會話的信令部分(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：使用哪個IP端口，採用哪種編×××等等。SIP的一個典型用途是：SIP“會話”傳輸一些簡單的經過封包的實時傳輸協議流。RTP本身才是語音或視頻的載體。
1．2 業務過程和協議流程
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）代理服務器通過後端認證/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，通過認證/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。
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。
基本呼叫建立過程：
（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）代理服務器通過認證/計費中心確認用戶認證已通過後，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連接成功的應答（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）主被叫用戶之間建立通信連接，開始通話。
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。
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。
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。
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。
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。
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連接成功的應答（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。
建立通信連接，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。
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連接成功的應答（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。
建立通信連接，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。
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）代理服務器通過認證/計費中心確認用戶認證已通過後，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連接成功的應答（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）主被叫用戶之間建立通信連接，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。
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，並且終端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重新發送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。
2、SIP通信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信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：由於過程太多，以下僅僅抓取“成功註冊”，“呼叫--通話” ，“掛斷”“註銷”四種情況做典型包的分析。
註冊流程：
以上是REGISTER包。
我們可以看到在註冊的時候，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。
基本呼叫建立過程：
以上是INVITE包。我們可以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.
由於設置了自動接聽，所以此次通話沒有振鈴的包。
這是ACK包，代表確認信號。
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。
註銷流程：
以上是825003註銷的包，我們注意到expires=0這說明是註銷。
3.總結
SIP協議憑藉其簡單、易於擴展、便於實現等諸多優點越來越得到業界的青睞，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，並且市場上出現越來越多的支持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。
作者：gnuhpc
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