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NGN软交换网络核心协议–SIP协议详解
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一、SIP协议的背景和功能
SIP( 会话初始协议)的开发目的是用来帮助提供跨越因特网的高级电话业务。因特网电话（IP电话）正在向一种正式的商业电话模式演进，SIP就是用来确保这种演进实现而需要的NGN（下一代网络）系列协议中重要的一员。
SIP是IETF标准进程的一部分，它是在诸如SMTP（简单邮件传送协议）和HTTP（超文本传送协议）基础之上建立起来的。它用来建立，改变和终止基于IP网络的用户间的呼叫。为了提供电话业务它还需要结合不同的标准和协议：特别是需要确保传输（RTP），与当前电话网络的信令互连，能够确保语音质量（RSVP），能够提供目录（LDAP），能够鉴权用户（RADIUS）等等。
SIP被描述为用来生成，修改和终结一个或多个参与者之间的会话。这些会话包括因特网多媒体会议，因特网（或任何IP网络）电话呼叫和多媒体发布。会话中的成员能够通过多播或单播联系的网络来通信。SIP支持会话描述，它允许参与者在一组兼容媒体类型上达成一致。它同时通过代理和重定向请求到用户当前位置来支持用户移动性。SIP不与任何特定的会议控制协议捆绑。
本质上，SIP提供以下功能：
名字翻译和用户定位：无论被呼叫方在哪里都确保呼叫达到被叫方。执行任何描述信息到定位信息的映射。确保呼叫（会话）的本质细节被支持。
特征协商：它允许与呼叫有关的组（这可以是多方呼叫）在支持的特征上达成一致（注意：不是所有方都能够支持相同级别的特征）。例如视频可以或不可以被支持。总之，存在很多需要协商的范围。
呼叫参与者管理：呼叫中参与者能够引入其它用户加入呼叫或取消到其它用户的连接。此外，用户可以被转移或置为呼叫保持。
呼叫特征改变：用户应该能够改变呼叫过程中的呼叫特征。例如，一呼叫可以被设置为"voice-only"，但是在呼叫过程中，用户可以需要开启视频功能。也就是说一个加入呼叫的第三方为了加入该呼叫可以开启不同的特征。
二、SIP网络元素
SIP中有两个要素。SIP用户代理和SIP网络服务器。用户代理是呼叫的终端系统元素，而SIP服务器是处理与多个呼叫相关联信令的网络设备。
用户代理本身具有一客户机元素（用户代理客户机UAC）和一服务器元素（用户代理服务器UAS）。客户机元素初始呼叫而服务器元素应答呼叫。这允许点到点的呼叫通过客户机-服务器协议来完成。
SIP服务器元素提供多种类型的服务器。有三种服务器形式存在于网络中–SIP有状态代理服务器，SIP无状态代理服务器和SIP重定向服务器。由于呼叫者未必知道被呼叫方的IP地址或主机名，SIP服务器的主要功能是提供名字解析和用户定位。可以获得的是email形式的地址或与被呼叫方关联的电话号码。使用该信息，呼叫者的用户代理能够确定特定服务器来解析地址信息–这可能涉及网络中很多服务器。
SIP代理服务器接收请求，决定将这些请求传送到何处，并且将它们传送到下一服务器（使用下一跳路由原理）。在网络中可以有多跳。
有状态和无状态代理服务器的区别是有状态代理服务器记住它接收的入请求，以及回送的响应和它转送的出请求。无状态代理服务器一旦转送请求后就忘记所有的信息。这允许有状态代理服务器生成请求以并行地尝试多个可能的用户位置并且送回最好的响应。无状态代理服务器可能是最快的，并且是SIP结构的骨干。有状态代理服务器可能是离用户代理最近的本地设备，它控制用户域并且是应用服务的主要平台。
重定向服务器接收请求，但不是将这些请求传递给下一服务器而是向呼叫者发送响应以指示被呼叫用户的地址。这使得呼叫者可以直接联系在下一服务器上被呼叫方的地址。
三、SIP协议的实现机制
SIP是一个分层结构的协议，这意味着它的行为根据一组平等独立的处理阶段来描述，每一阶段之间只是松耦合。协议分层描述是为了表达，从而允许功能的描述可在一个部分跨越几个元素。它不指定任何方式的实现。当我们说某元素包含某层，我们是指它顺从该层定义的规则集。
不是协议规定的每个元素都包含各层。而且，由SIP规定的元素是逻辑元素，不是物理元素。一个物理实现可以选择作为不同的逻辑元素，甚至可能在一个个事务的基础上。
SIP的最底层是语法和编码。它的编码使用增强Backus-Nayr形式语法（BNF）来规定。
第二层是传输层。它定义了网络上一个客户机如何发送请求和接收响应以及一个服务器如何接收请求和发送响应。所有的SIP元素包含传输层。
第三层是事务层。事务是SIP的基本元素。一个事务是由客户机事务发送给服务器事务的请求（使用传输层），以及对应该请求的从服务器事务发送回客户机的所有响应组成。事务层处理应用层重传，匹配响应到请求，以及应用层超时。任何用户代理客户机（UAC）完成的任务使用一组事务产生。用户代理包含一个事务层，有状态的代理也有。无状态的代理不包含事务层。事务层具有客户机组成部分（称为客户机事务）和服务器组成部分（称为服务器事务），每个代表有限的状态机，它被构造来处理特定的请求。
事务层之上的层称为事务用户（TU）。每个SIP实体，除了无状态代理，都是事务用户。当一个TU希望发送请求，它生成一个客户机事务实例并且向它传递请求和IP地址，端口，和用来发送请求的传输机制。一个TU生成客户机事务也能够删除它。当客户机取消一个事务时，它请求服务器停止进一步的处理，将状态恢复到事务初始化之前，并且生成特定的错误响应到该事务。这由CANCEL请求完成，它构成自己的事务，但涉及要取消的事务。
SIP通过EMAIL形式的地址来标明用户地址。每一用户通过一等级化的URL来标识，它通过诸如用户电话号码或主机名等元素来构造（例如：SIP: user@company.com）。因为它与EMAIL地址的相似性，SIP URLs容易于用户的EMAIL地址关联。
SIP提供它自己的可靠性机制从而独立于分组层，并且只需不可靠的数据包服务即可。SIP可典型地用于UDP或TCP之上。
SIP提供必要的协议机制以保证终端系统和代理服务器提供以下业务：
● 用户定位
● 用户能力
● 用户可用性
● 呼叫建立
● 呼叫处理
● 呼叫前转，包括：（1）等效800类型的呼叫，（2）无应答呼叫前转，（3）遇忙呼叫前转，（4）无条件呼叫前转
● 呼叫号码传递，该号码可以是任何命名机制。
● 个人移动性，例如通过一个单一的、位置无关的地址来到达被呼叫方，即使被呼叫方改变了终端。
● 终端类型的协商和选择：呼叫者可以给出选择如何到达对方，例如通过因特网电话，移动电话或应答业务等。
● 终端能力协商
● 呼叫者和被呼叫者鉴权
● 不知情和指导式的呼叫转移
● 多播会议的邀请
SIP( 会话初始协议)的开发目的是用来帮助提供跨越因特网的高级电话业务。因特网电话（IP电话）正在向一种正式的商业电话模式演进，SIP就是用来确保这种演进实现而需要的NGN（下一代网络）系列协议中重要的一员。
SIP是IETF标准进程的一部分，它是在诸如SMTP（简单邮件传送协议）和HTTP（超文本传送协议）基础之上建立起来的。它用来建立，改变和终止基于IP网络的用户间的呼叫。为了提供电话业务它还需要结合不同的标准和协议：特别是需要确保传输（RTP），与当前电话网络的信令互连，能够确保语音质量（RSVP），能够提供目录（LDAP），能够鉴权用户（RADIUS）等等。
SIP被描述为用来生成，修改和终结一个或多个参与者之间的会话。这些会话包括因特网多媒体会议，因特网（或任何IP网络）电话呼叫和多媒体发布。会话中的成员能够通过多播或单播联系的网络来通信。SIP支持会话描述，它允许参与者在一组兼容媒体类型上达成一致。它同时通过代理和重定向请求到用户当前位置来支持用户移动性。SIP不与任何特定的会议控制协议捆绑。
本质上，SIP提供以下功能：
名字翻译和用户定位：无论被呼叫方在哪里都确保呼叫达到被叫方。执行任何描述信息到定位信息的映射。确保呼叫（会话）的本质细节被支持。
特征协商：它允许与呼叫有关的组（这可以是多方呼叫）在支持的特征上达成一致（注意：不是所有方都能够支持相同级别的特征）。例如视频可以或不可以被支持。总之，存在很多需要协商的范围。
呼叫参与者管理：呼叫中参与者能够引入其它用户加入呼叫或取消到其它用户的连接。此外，用户可以被转移或置为呼叫保持。
呼叫特征改变：用户应该能够改变呼叫过程中的呼叫特征。例如，一呼叫可以被设置为"voice-only"，但是在呼叫过程中，用户可以需要开启视频功能。也就是说一个加入呼叫的第三方为了加入该呼叫可以开启不同的特征。
二、SIP网络元素
SIP中有两个要素。SIP用户代理和SIP网络服务器。用户代理是呼叫的终端系统元素，而SIP服务器是处理与多个呼叫相关联信令的网络设备。
用户代理本身具有一客户机元素（用户代理客户机UAC）和一服务器元素（用户代理服务器UAS）。客户机元素初始呼叫而服务器元素应答呼叫。这允许点到点的呼叫通过客户机-服务器协议来完成。
SIP服务器元素提供多种类型的服务器。有三种服务器形式存在于网络中–SIP有状态代理服务器，SIP无状态代理服务器和SIP重定向服务器。由于呼叫者未必知道被呼叫方的IP地址或主机名，SIP服务器的主要功能是提供名字解析和用户定位。可以获得的是email形式的地址或与被呼叫方关联的电话号码。使用该信息，呼叫者的用户代理能够确定特定服务器来解析地址信息–这可能涉及网络中很多服务器。
SIP代理服务器接收请求，决定将这些请求传送到何处，并且将它们传送到下一服务器（使用下一跳路由原理）。在网络中可以有多跳。
有状态和无状态代理服务器的区别是有状态代理服务器记住它接收的入请求，以及回送的响应和它转送的出请求。无状态代理服务器一旦转送请求后就忘记所有的信息。这允许有状态代理服务器生成请求以并行地尝试多个可能的用户位置并且送回最好的响应。无状态代理服务器可能是最快的，并且是SIP结构的骨干。有状态代理服务器可能是离用户代理最近的本地设备，它控制用户域并且是应用服务的主要平台。
重定向服务器接收请求，但不是将这些请求传递给下一服务器而是向呼叫者发送响应以指示被呼叫用户的地址。这使得呼叫者可以直接联系在下一服务器上被呼叫方的地址。
三、SIP协议的实现机制
SIP是一个分层结构的协议，这意味着它的行为根据一组平等独立的处理阶段来描述，每一阶段之间只是松耦合。协议分层描述是为了表达，从而允许功能的描述可在一个部分跨越几个元素。它不指定任何方式的实现。当我们说某元素包含某层，我们是指它顺从该层定义的规则集。
不是协议规定的每个元素都包含各层。而且，由SIP规定的元素是逻辑元素，不是物理元素。一个物理实现可以选择作为不同的逻辑元素，甚至可能在一个个事务的基础上。
SIP的最底层是语法和编码。它的编码使用增强Backus-Nayr形式语法（BNF）来规定。
第二层是传输层。它定义了网络上一个客户机如何发送请求和接收响应以及一个服务器如何接收请求和发送响应。所有的SIP元素包含传输层。
第三层是事务层。事务是SIP的基本元素。一个事务是由客户机事务发送给服务器事务的请求（使用传输层），以及对应该请求的从服务器事务发送回客户机的所有响应组成。事务层处理应用层重传，匹配响应到请求，以及应用层超时。任何用户代理客户机（UAC）完成的任务使用一组事务产生。用户代理包含一个事务层，有状态的代理也有。无状态的代理不包含事务层。事务层具有客户机组成部分（称为客户机事务）和服务器组成部分（称为服务器事务），每个代表有限的状态机，它被构造来处理特定的请求。
事务层之上的层称为事务用户（TU）。每个SIP实体，除了无状态代理，都是事务用户。当一个TU希望发送请求，它生成一个客户机事务实例并且向它传递请求和IP地址，端口，和用来发送请求的传输机制。一个TU生成客户机事务也能够删除它。当客户机取消一个事务时，它请求服务器停止进一步的处理，将状态恢复到事务初始化之前，并且生成特定的错误响应到该事务。这由CANCEL请求完成，它构成自己的事务，但涉及要取消的事务。
SIP通过EMAIL形式的地址来标明用户地址。每一用户通过一等级化的URL来标识，它通过诸如用户电话号码或主机名等元素来构造（例如：SIP: user@company.com）。因为它与EMAIL地址的相似性，SIP URLs容易于用户的EMAIL地址关联。
SIP提供它自己的可靠性机制从而独立于分组层，并且只需不可靠的数据包服务即可。SIP可典型地用于UDP或TCP之上。
SIP提供必要的协议机制以保证终端系统和代理服务器提供以下业务：
● 用户定位
● 用户能力
● 用户可用性
● 呼叫建立
● 呼叫处理
● 呼叫前转，包括：（1）等效800类型的呼叫，（2）无应答呼叫前转，（3）遇忙呼叫前转，（4）无条件呼叫前转
● 呼叫号码传递，该号码可以是任何命名机制。
● 个人移动性，例如通过一个单一的、位置无关的地址来到达被呼叫方，即使被呼叫方改变了终端。
● 终端类型的协商和选择：呼叫者可以给出选择如何到达对方，例如通过因特网电话，移动电话或应答业务等。
● 终端能力协商
● 呼叫者和被呼叫者鉴权
● 不知情和指导式的呼叫转移
● 多播会议的邀请
