视频通讯使用的SIP协议详解
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)
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