会话初始化协议（SIP）
字数 2249 2025-12-06 09:21:06

会话初始化协议（SIP）

  1. 基础概念与定位
    SIP是一种应用层控制（信令）协议，用于创建、修改和终止包含一个或多个参与者的多媒体会话。这些会话可以是互联网电话（VoIP）呼叫、视频会议、即时消息、游戏或虚拟现实等多种交互式通信。需要明确的是，SIP本身不传输语音或视频数据，它只负责“建立和管理”会话，类似于电话系统中的拨号和响铃。媒体数据的实际传输通常由其他协议（如RTP，实时传输协议）在会话建立后完成。SIP基于文本，设计上借鉴了HTTP和SMTP，采用请求-响应模式和易读的报文格式。

  2. 核心网络组件
    SIP网络由逻辑功能实体构成，一个物理设备可能包含多个实体。

    • 用户代理（UA）：会话的终点，代表通信的发起者或接收者。分为：
      • 用户代理客户端（UAC）：发起SIP请求的实体（如发起呼叫的软电话）。
      • 用户代理服务器（UAS）：接收请求并代表用户返回响应的实体（如接听呼叫的电话）。
    • 代理服务器：接收SIP请求，并将其转发到“下一个跳”服务器（可能是另一个代理或UAS）。它解释并可能重写请求中的部分信息，以实现路由、策略执行和负载均衡。
    • 重定向服务器：接收请求后，不转发，而是返回一个响应（如302 Moved Temporarily），告诉客户端联系另一个或多个地址。这有助于实现呼叫转发和负载分布。
    • 注册服务器：接收用户代理的REGISTER请求，记录其当前网络位置（IP地址、端口等）到一个位置服务数据库（通常称为注册器）。这使得用户移动时，他人仍能通过其固定地址（SIP URI）找到他。
    • 位置服务：一个数据库，存储了地址（SIP URI）到其可能物理位置的映射，由注册服务器更新，供代理或重定向服务器查询。

  3. SIP地址与消息结构

    • SIP URI：用户的唯一标识符，格式类似于电子邮件地址，例如 sip:alice@example.com 或 sips:bob@company.org（sips表示安全SIP）。它可以包含电话号码格式。
    • 消息类型：
      • 请求：由UAC发起。核心方法包括：
        • INVITE：发起会话（呼叫）。
        • ACK：确认最终响应，用于INVITE。
        • BYE：终止会话。
        • CANCEL：取消一个尚未完成的请求（如正在振铃的呼叫）。
        • REGISTER：向注册服务器注册位置信息。
        • OPTIONS：查询服务器能力。
      • 响应：由UAS或服务器返回，包含状态码。主要类别：
        • 1xx（临时响应）：表示请求已收到，正在处理（如100 Trying, 180 Ringing）。
        • 2xx（成功）：请求已成功处理（如200 OK）。
        • 3xx（重定向）：需要进一步动作以完成请求。
        • 4xx（客户端错误）：请求包含语法错误或无法在此服务器完成。
        • 5xx（服务器错误）：服务器未能处理一个合法的请求。
        • 6xx（全局故障）：请求在任何服务器都无法完成。
    • 消息体：SIP消息可以携带一个称为“SDP”（会话描述协议）的正文，用于描述会话的媒体特性，如媒体类型（音频/视频）、编码格式、接收端口等，供双方协商。

  4. 典型呼叫流程（UA到UA，通过代理）
    以一个最简单的两方语音通话为例，假设双方都已注册：

    1. 呼叫发起：Alice的UAC向她的代理服务器发送一个INVITE请求，请求体包含SDP，描述Alice支持的媒体格式和监听端口。
    2. 路由与定位：代理服务器查询位置服务，找到Bob当前注册的地址，并将INVITE请求转发给Bob的UAS（可能通过多个代理）。
    3. 振铃：Bob的UAS收到INVITE后，先回送100 Trying（临时响应）表明已收到，然后启动振铃，并发送180 Ringing响应，该响应沿原路径回传至Alice。
    4. 应答：Bob接听，其UAS发送200 OK最终响应，响应体包含Bob的SDP（他选择的媒体格式和端口）。
    5. 确认与媒体建立：Alice的UAC收到200 OK后，发送ACK请求进行确认。至此，SIP信令交互完成。双方根据交换的SDP信息，开始使用RTP协议在协商好的端口上直接传输语音数据包。
    6. 通话结束：任何一方挂机，其UA发送BYE请求，对方回复200 OK，会话终止。

  5. 关键特性与扩展

    • 状态管理：SIP可以是有状态（代理服务器跟踪事务状态）或无状态的。
    • 移动性与发现：通过REGISTER机制，用户可以在网络中任意位置登录，实现“个人移动性”。网络通过DNS（NAPTR/SRV记录）和位置服务来发现用户和服务器。
    • 安全性：SIP支持使用TLS进行传输加密（SIPS URI），以及使用S/MIME或IPsec进行消息体加密和身份验证。
    • 会话协商与更改：通过INVITE/re-INVITE和UPDATE方法，可以在会话中修改媒体参数（如增加视频、静音、保持）。
    • 与PSTN互通：通过SIP中继和SIP网关，SIP网络可以与传统的公共交换电话网络（PSTN）互联，实现互联网电话与普通电话的互通。

  6. 应用与重要性
    SIP是VoIP和统一通信（UC）的核心协议，广泛应用于企业电话系统（IP-PBX）、4G/5G网络的IMS（IP多媒体子系统）、以及大多数软电话和视频会议解决方案（如Microsoft Teams、Zoom的部分信令基础）。其开放、可扩展和与Web协议相似的特点，使其成为构建下一代融合通信服务的基础。

会话初始化协议（SIP） 基础概念与定位 SIP是一种应用层控制（信令）协议，用于创建、修改和终止包含一个或多个参与者的多媒体会话。这些会话可以是互联网电话（VoIP）呼叫、视频会议、即时消息、游戏或虚拟现实等多种交互式通信。需要明确的是，SIP本身不传输语音或视频数据，它只负责“建立和管理”会话，类似于电话系统中的拨号和响铃。媒体数据的实际传输通常由其他协议（如RTP，实时传输协议）在会话建立后完成。SIP基于文本，设计上借鉴了HTTP和SMTP，采用请求-响应模式和易读的报文格式。 核心网络组件 SIP网络由逻辑功能实体构成，一个物理设备可能包含多个实体。 用户代理（UA） ：会话的终点，代表通信的发起者或接收者。分为： 用户代理客户端（UAC） ：发起SIP请求的实体（如发起呼叫的软电话）。 用户代理服务器（UAS） ：接收请求并代表用户返回响应的实体（如接听呼叫的电话）。 代理服务器 ：接收SIP请求，并将其转发到“下一个跳”服务器（可能是另一个代理或UAS）。它解释并可能重写请求中的部分信息，以实现路由、策略执行和负载均衡。 重定向服务器 ：接收请求后，不转发，而是返回一个响应（如302 Moved Temporarily），告诉客户端联系另一个或多个地址。这有助于实现呼叫转发和负载分布。 注册服务器 ：接收用户代理的 REGISTER 请求，记录其当前网络位置（IP地址、端口等）到一个位置服务数据库（通常称为注册器）。这使得用户移动时，他人仍能通过其固定地址（SIP URI）找到他。 位置服务 ：一个数据库，存储了地址（SIP URI）到其可能物理位置的映射，由注册服务器更新，供代理或重定向服务器查询。 SIP地址与消息结构 SIP URI ：用户的唯一标识符，格式类似于电子邮件地址，例如 sip:alice@example.com 或 sips:bob@company.org （ sips 表示安全SIP）。它可以包含电话号码格式。 消息类型 ： 请求 ：由UAC发起。核心方法包括： INVITE ：发起会话（呼叫）。 ACK ：确认最终响应，用于 INVITE 。 BYE ：终止会话。 CANCEL ：取消一个尚未完成的请求（如正在振铃的呼叫）。 REGISTER ：向注册服务器注册位置信息。 OPTIONS ：查询服务器能力。 响应 ：由UAS或服务器返回，包含状态码。主要类别： 1xx（临时响应）：表示请求已收到，正在处理（如100 Trying, 180 Ringing）。 2xx（成功）：请求已成功处理（如200 OK）。 3xx（重定向）：需要进一步动作以完成请求。 4xx（客户端错误）：请求包含语法错误或无法在此服务器完成。 5xx（服务器错误）：服务器未能处理一个合法的请求。 6xx（全局故障）：请求在任何服务器都无法完成。 消息体 ：SIP消息可以携带一个称为“SDP”（会话描述协议）的正文，用于描述会话的媒体特性，如媒体类型（音频/视频）、编码格式、接收端口等，供双方协商。 典型呼叫流程（UA到UA，通过代理） 以一个最简单的两方语音通话为例，假设双方都已注册： 呼叫发起 ：Alice的UAC向她的代理服务器发送一个 INVITE 请求，请求体包含SDP，描述Alice支持的媒体格式和监听端口。 路由与定位 ：代理服务器查询位置服务，找到Bob当前注册的地址，并将 INVITE 请求转发给Bob的UAS（可能通过多个代理）。 振铃 ：Bob的UAS收到 INVITE 后，先回送 100 Trying （临时响应）表明已收到，然后启动振铃，并发送 180 Ringing 响应，该响应沿原路径回传至Alice。 应答 ：Bob接听，其UAS发送 200 OK 最终响应，响应体包含Bob的SDP（他选择的媒体格式和端口）。 确认与媒体建立 ：Alice的UAC收到 200 OK 后，发送 ACK 请求进行确认。至此，SIP信令交互完成。双方根据交换的SDP信息，开始使用RTP协议在协商好的端口上直接传输语音数据包。 通话结束：任何一方挂机，其UA发送 BYE 请求，对方回复 200 OK ，会话终止。 关键特性与扩展 状态管理 ：SIP可以是 有状态 （代理服务器跟踪事务状态）或 无状态 的。 移动性与发现 ：通过 REGISTER 机制，用户可以在网络中任意位置登录，实现“个人移动性”。网络通过DNS（NAPTR/SRV记录）和位置服务来发现用户和服务器。 安全性 ：SIP支持使用TLS进行传输加密（SIPS URI），以及使用S/MIME或IPsec进行消息体加密和身份验证。 会话协商与更改 ：通过 INVITE / re-INVITE 和 UPDATE 方法，可以在会话中修改媒体参数（如增加视频、静音、保持）。 与PSTN互通 ：通过 SIP中继 和 SIP网关 ，SIP网络可以与传统的公共交换电话网络（PSTN）互联，实现互联网电话与普通电话的互通。 应用与重要性 SIP是VoIP和统一通信（UC）的核心协议，广泛应用于企业电话系统（IP-PBX）、4G/5G网络的IMS（IP多媒体子系统）、以及大多数软电话和视频会议解决方案（如Microsoft Teams、Zoom的部分信令基础）。其开放、可扩展和与Web协议相似的特点，使其成为构建下一代融合通信服务的基础。