sip的基本原理与机制.ppt

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1、2004年10月19日,1,SIP的基本原理与机制,2004年10月19日,2,总目录,1.SIP协议体系的总体框架2.请求3.答复4.头域5.消息体6.各种硬件的行为7.SIP的安全机制参考文献,2004年10月19日,3,1.SIP协议体系的总体框架,1.1 SIP协议的通用性1.2 SIP协议的中的硬件组成1.3 请求、答复与SIP处理1.4 SIP地址1.5 头域和消息体1.6 其他重要概念,2004年10月19日,4,1.SIP协议体系的总体框架,SIP（Session Initiation Protocol初始会话协议）协议的功能是创建、修改及终止会话。在会话过程中，SIP只起到保

2、持会话的作用，而会话本身则不是由SIP来完成的。,2004年10月19日,5,1.SIP协议体系的总体框架,1.1 SIP协议的通用性会话可以是双方会话，也可以是多方会话。会话所采用媒体形式受设备的限制，而受SIP协议的限制，SIP协议只是在会话发起过程中，对通信各方的性能进行勾通而已。SIP协议的应用要求与底层的传输协议无关。在SIP最低配置情况下，SIP协议至少要在TCP和UDP两个协议体系下都能够应用。,2004年10月19日,6,1.SIP协议体系的总体框架,1.2 SIP协议的中的硬件组成客户端（UAC：user agent client）服务器（server）：用户服务器（UAS：

3、user agent server）代理服务器（proxy server）重定向服务器（redirect server）注册器（register）注：“硬件”在这里等于功能实体,2004年10月19日,7,1.SIP协议体系的总体框架,1.2 SIP协议的中的硬件组成,2004年10月19日,8,1.SIP协议体系的总体框架,1.2 SIP协议的中的硬件组成客户端是发出请求（request）的功能实体 服务器接收、处理请求和答复，并在一定情况下也对请求做出答复（response）的功能实体（包括UAS）用户代理是SIP处理的实际参与者。（SIP处理后文介绍）用户是会话的实际参与者,2004年1

4、0月19日,9,1.SIP协议体系的总体框架,1.3 请求、答复与SIP处理请求 客户端通过发送请求最终实现与其他一个或多个用户代理之间的创建、修改及终止会话。请求的方法（Method）主要有：邀请（INVITE）确认（ACK）选择（OPTION）再见（BYE）取消（CANCEL）和注册（REGISTER）,2004年10月19日,10,1.SIP协议体系的总体框架,1.3 请求、应答与SIP处理、答复 答复是服务器对请求的响应。如果按照答复中的状态码（status code）分类，答复可以分为16六种类型。一个请求的发出也可能引起一系列的答复,2004年10月19日,11,1.SIP协议体系

5、的总体框架,1.3 请求、应答与SIP处理临时答复和最终答复 比如，当请求发出以后，在请求尚未到达目的地之前或正在被处理的阶段，首先与客户端进行通信的服务器就会向客户端发出临时答复（如100（Trying）答复）。而当请求被接受或拒绝时，服务器或被叫方发出的就是最终答复。,2004年10月19日,12,1.SIP协议体系的总体框架,1.3 请求、答复与SIP处理发送和处理请求与答复就是SIP硬件的基本功能，所有的SIP操作都是由一系列的请求和答复的交互过程所组成的。从一个SIP请求的产生到这个请求得到了最终答复的整个过程中，通信各方所产生的所有的请求与答复的总合称为一个SIP处理（transa

6、ction）。,2004年10月19日,13,1.SIP协议体系的总体框架,1.4 SIP地址URL（Uniform Resource Locator-统一资源定位）URL是用户代理的地址，它的形式是userhost。其中，user是一个用户名或电话号码,而host则是一个域名或数字地址。为了与Internet地址形式相区别，在写SIP地址时一定要加上“sip：”，即sip：userhost。比如sip：,2004年10月19日,14,1.SIP协议体系的总体框架,1.4 SIP地址 用户代理的URL的确定是通过客户端向注册器发送注册请求来获得的。Request-URI（Uniform Res

7、ource Identify-统一资源标识符）Request-URI指定了目标用户或服务器（请求将被发到的下一个hop）的地址。Request-URI可以是SIP URL，也可以是一般的URI。,2004年10月19日,15,1.SIP协议体系的总体框架,1.4 SIP地址参数 如果把地址理解为可以与目的地取得联系的必要信息的话，那么SIP协议中还有其他一些与地址有关的重要参数。比如：branch（分支）参数；tag参数等 参数可以出现在各种头域中,2004年10月19日,16,1.SIP协议体系的总体框架,1.4 SIP地址举例（协议P57，协议P132）:From:A.G.Bell Fro

8、m:Anonymous To:Bob sip:;tag=376364382,2004年10月19日,17,1.SIP协议体系的总体框架,1.5 头域和消息体头域虫形结构图,2004年10月19日,18,1.SIP协议体系的总体框架,1.5 头域和消息体头域（header field）SIP是通过附加在请求或答复中若干头域来传递和处理与会话相关的若干信息，如路由、呼叫标识、安全机制、会话描述等 一个头域中还会包含若干个参数。在特定SIP处理中，不是所有参数都必须给出。举例：From,To,Via;Call-ID,CSeq;Hide;Date,2004年10月19日,19,1.SIP协议体系的总体

9、框架,1.5 头域和消息体消息体（message body）除了头域之外，请求和答复中还可能包含消息体，在不同的情况下，消息体包含不同的内容。具体情况请参见第5章。其余：请求与答复中信息的主要载体就是头域和消息体，但也还有其余的内容。如在答复中，状态码就写在消息的头一行，而不在任何头域之内。,2004年10月19日,20,1.SIP协议体系的总体框架,1.6 其他重要概念Call leg Call leg并不是某个具体的头域或参数，它是由Call-ID，From和To三个头域中信息共同组成的。实际上，可以这样理解Call leg：Call leg唯一确定了一个会话（可能是双方会话，也可能是多方

10、会话。）中的一对连接。,2004年10月19日,21,2.请求,2.1邀请（INVITE）2.2确认（ACK）2.3选择（OPTION）2.4再见（BYE）2.5取消（CANCEL）2.6注册（REGISTER）,2004年10月19日,22,2.请求,客户端通过发送请求来触发一次创建、修改及终止会话的SIP处理。请求的主要方法也就是以下这几种：邀请（INVITE）确认（ACK）选择（OPTION）再见（BYE）取消（CANCEL）注册（REGISTER）,2004年10月19日,23,2.请求,2.1邀请（INVITE）邀请请求是会话建立的第一步在邀请请求的消息体中，呼叫方要向被叫方提供会话

11、描述 被叫方对邀请请求的成功的答复应当包括被叫方可以接受的媒体类型和它希望发送的媒体类型,2004年10月19日,24,2.请求,2.1邀请（INVITE）被叫方可能收到相同或重复的请求，若该用户已经加入了这个特定的会话，用户服务器就会自动答复一个200（OK）必须支持此方法的硬件有：客户端、用户服务器、代理服务器、重定向服务器。,2004年10月19日,25,2.请求,2.2确认（ACK）确认请求只与邀请请求伴随而生，它表示主叫方收到了对其邀请请求的最终答复。（这个最终答复不一定来自被叫方，也不一定表示邀请成功）必须支持此方法的硬件有：客户端、用户服务器、代理服务器、重定向服务器。,2004

12、年10月19日,26,2.请求,2.2确认 注：2答复表示成功 邀请失败可以有多种原因，如：被拒绝或找不到被叫方等。,2004年10月19日,27,2.请求,2.3选择（OPTION）这个请求主要是让通信各方能够根据各种情况来确定如何通话或不通话。必须支持此方法的硬件有：客户端、用户服务器、代理服务器、重定向服务器、注册器。,2004年10月19日,28,2.请求,2.4再见（BYE）客户端用再见请求来告知服务器它想结束此次呼叫主叫方和被叫方都可以发出此请求在客户端发出再见请求之前，不可以释放当前呼叫（挂机）。会话的参与各方在收到再见请求后应立即停止对目标发送任何媒体流。,2004年10月19

13、日,29,2.请求,2.4再见（BYE）若邀请请求中有Contact头域，被叫方就要把再见请求发送到这个头域中的地址，而不是发送到From头域中的From地址。必须支持此功能的硬件有：客户端、用户服务器、代理服务器、重定向服务器。,2004年10月19日,30,2.请求,2.5取消（CANCEL）取消请求把与其具有相同的Call-ID，To，From，CSeq头域值的请求取消取消请求只能用于取消那些悬而未决的请求。所谓“悬而未决”是指最终答复尚未发出客户端和代理客户端(proxy client)都可以发出取消请求。,2004年10月19日,31,2.请求,2.5取消（CANCEL）一旦用户服务

14、器收到一个取消请求，它就不能对原来的那个请求做出2XX的答复,因为这个请求已经被取消了 必须支持此方法的硬件有：所有的硬件。,2004年10月19日,32,2.请求,2.6注册（REGISTER）客户端通过注册请求把自己的地址注册到SIP 服务器。一个客户端通过向通用的“all SIP servers”多播地址：“”(224.0.1.75)发送注册请求来实现在本地服务器上注册。接收并处理注册请求的任何服务器在接收注册请求时就是注册器（一般是代理服务器）,2004年10月19日,33,2.请求,2.6注册（REGISTER）Request-URI则是给登记请求的目的地（发出请求的客户端）命名。C

15、ontact头域在注册请求中十分重要。如果注册请求中含有Contact头域，那么在未来有某个非注册请求要被发送到To头域中给出的地址时，那么这个请求将直接被发送到Contact头域给出的地址。,2004年10月19日,34,3.答复,答复是服务器对请求的响应。但服务器对请求的响应不只是答复。答复中最重要的信息是状态码（status-code）。其他信息则包含在头域和消息体中。状态码写在答复消息的第一行，它是由3位整数数字组成，状态码指明了接收请求的一方尝试理解和满足所收到的请求的结果。,2004年10月19日,35,3.答复,3个数字中，第一个表示答复的种类，后两个数字没有特别的分类。它们的基

16、本含义如下：1XX：通知形收到请求，正在继续处理请求。2XX：表示成功动作被成功的接收、理解和操作。3XX：重新进行请求要完成请求还需要进一步的信息和操作。,2004年10月19日,36,3.答复,4XX：用户方错误（由于用户方问题无法完成操作）请求中包含错误的语法或不能被满足的内容。5XX：服务方错误（由于服务方问题无法完成操作）对于一个明显是有效的请求，服务器无法满足。6XX：全球错误该请求在任何服务器上都无法完成。,2004年10月19日,37,3.答复,要完成基本的通信功能，参与通信的任何一方不必有能力理解所有的状态码，只需知道其种类也就可以进行大部分工作了。当其不理解XXX时，就按X

17、00处理。对于每一个具体状态码的功能和含义，在协议第4、7章有逐条的说明，不难理解。而答复的其他功能和处理则多与头域有关。,2004年10月19日,38,4.头域,4.1头域概述4.2重要头域举例,2004年10月19日,39,4.头域,4.1头域（header field或field）概述 头域是SIP请求或答复中的一段内容，不同的头域有不同的主题和作用。头域分类1：请求头域答复头域在请求和答复都可以使用的头域,2004年10月19日,40,4.头域,4.1头域概述头域分类2：一般（General）头域 一般（General）头域是头域的通称 Entity（实体）头域 Entity头域（是对

18、消息体（message-body）或如果没有消息体时被“请求”认证（identified）的源的meta-information的解释。在协议中，message body=entity,2004年10月19日,41,4.头域,4.1头域概述头域分类3：End-To-end头域 End-To-end头域不能被代理服务器修改，如Call-ID、From Hop-by-hop头域 Hop-by-hop头域则有可能被代理服务器修改，如Via，MaxForward,2004年10月19日,42,4.头域,4.1头域概述99版本SIP协议中的头域：Accept、Accept-Encoding、Accept

19、-Language、Accept-Language、Allow、Authorization、Call-ID、Contact、Contact、Contact、Content-Encoding、Content-Length、Content-Type、CSeq、Date、Encryption、Expires、From、Hide、Max-Forwards、Organization、,2004年10月19日,43,4.头域,4.1头域概述99版本SIP协议中的头域：Proxy-Authenticate、Proxy-Authorization、Proxy-Require、Priority、Require、

20、Retry-After、Retry-After、Response-Key、Record-Route、Record-Route、Route、Server、Subject、Timestamp、To、Unsupported、User-Agent、Via、Warning、WWW-Authenticate,2004年10月19日,44,4.头域,4.2重要头域举例第一组 From、To、Via、Route、Record-Route第二组 Call-ID、CSeq、User-Agent第三组 Accept、Accept-Encoding、Accept-Language、Allow,2004年10月19日,

21、45,4.头域,4.2重要头域举例第四组 Date、Expires、Timestamp第五组 Hide、Encryption、Proxy-Authenticate、Proxy-Authorization、Authorization头域的格式 参见协议6.6节,2004年10月19日,46,5.消息体,5.1消息体的内容5.2消息体的种类5.3消息体的长度请求和答复中还可能包含消息体。它在不同的情况下有不同的作用,2004年10月19日,47,5.消息体,5.1消息体的内容请求一般来说包含消息体，只有再见请求中不能有消息体 确认、邀请和选择请求中的消息体的内容都是会话描述 会话描述要遵循会话描述

22、协议（SIP Version of”SIP/2.0”）,2004年10月19日,48,5.消息体,5.1消息体的内容所有的答复中都可能有消息体，请求的方法和答复的状态码决定了消息体的种类和说明在1答复中，消息体包含对请求的进一步询问在用2答复邀请请求时，消息体包含会话描述,2004年10月19日,49,5.消息体,5.1消息体的内容在3答复中，消息中可能包含目的地和服务的可选项的描述在400以上的答复中，消息体包含对于失败的附加的信息，这些信息用自然语言写成，是人可读的,2004年10月19日,50,5.消息体,5.2消息体的种类编写消息体所采用的媒体类型可能有多种，必须由ContentTyp

23、e头域来说明如果消息体被编码（如压缩），这种情况就一定要在ContentEncoding头域中说明。除此以外，ContentEncoding头域就必须被省略,2004年10月19日,51,5.消息体,5.3消息体的长度消息体长度以byte为单位，由ContentLength头域给出,2004年10月19日,52,6.各种硬件的行为,6.1客户端与服务器的最小配置6.2客户端与服务器的基本行为6.3呼叫方与被叫方的行为6.4重定向服务器的行为6.5用户服务器的行为6.6代理服务器的行为,2004年10月19日,53,6.各种硬件的行为,本章的内容比较复杂，涉及到许多基本的操作，一两句话说不清楚。

24、为了讲课简洁明了，这里只讲几个重要的问题。至于具体操作与实现请参阅SIP协议99版总结与归纳20041014及SIP协议本身。,2004年10月19日,54,6.各种硬件的行为,6.1客户端与服务器的最小配置硬件不一定非要有能力完成所有的SIP功能客户端的最低配置是：要能发出邀请和确认请求能够产生和分析Call-ID,Content-Length,Content-Type,CSeq,From 和 To头域能分析需求头。要能理解SDP（会话描述协议,2004年10月19日,55,6.各种硬件的行为,6.1客户端与服务器的最小配置能识别状态码（16），并依此做出反应。在满足最低配置之后，客户端可以

25、“依次”附加以下功能：Redirection,Firewall-friendly,Negotiation,Authentication,2004年10月19日,56,6.各种硬件的行为,6.1客户端与服务器的最小配置服务器的最小配置 必须能理解邀请、确认、选择和再见请求 代理服务器还必须能理解取消请求 能分析和产生Call-ID,Content-Length,Content，Type,CSeq,Expires,From,Maxforwards,Require,To和Via头域等,2004年10月19日,57,6.各种硬件的行为,6.1客户端与服务器的最小配置服务器的最小配置 须能在答复中重复C

26、Seq和Timestamp头域 它必须能在答复中加入Server头域 其它具体情况可以参见协议P135的Table 6,2004年10月19日,58,6.各种硬件的行为,6.2客户端与服务器的基本行为客户端与服务器对请求的处理：服务器丢弃同态的请求，适当重传答复。代理服务器收到取消请求时，可能会向所有的尚未发出最终答复的分支发出取消请求。客户端与服务器要检查From、To头域中的tag值，Call-ID、Cseq头域等，以对请求与其它们的关系做出判断,2004年10月19日,59,6.各种硬件的行为,6.2客户端与服务器的基本行为客户端与服务器对答复的处理：服务器在发送最终答复之前可能会发送若

27、干临时答复（1）答复通过匹配To，From，CallID，CSeq头域及第一个Via头中的branch参数被指向请求的发出者。答复会终止重传请求,2004年10月19日,60,6.各种硬件的行为,6.2客户端与服务器的基本行为客户端与服务器对答复的处理：100（Trying）答复不能被向前传递，其它1答复可以向前传递 一个代理服务器收到2答复，不可以向前传非2的答复 对于300以上的答复，stateful（参见6.6节）代理服务器在收到确认请求之前不断重传该答复,2004年10月19日,61,6.各种硬件的行为,6.2客户端与服务器的基本行为尽管SIP协议是应用层协议，要求与底层传输协议无关。

28、但在使用TCP和UDP是，一些操作是不同的。硬件必须能面对这种不同。SIP有自己的可靠性机制，请求和答复都有一定的重传规则。重传所依据的基本参数是时间,2004年10月19日,62,6.各种硬件的行为,6.3呼叫方与被叫方的行为会话的实际参与者是若干的用户代理（客户端与用户服务器）上的用户，也就是呼叫方和被叫方。服务器只是把客户端连接起来。呼叫方和被叫方的行为才是会话建立、修改和终结的实际行为,2004年10月19日,63,6.各种硬件的行为,6.3呼叫方与被叫方的行为会话过程主要有以下一些操作 呼叫方发出邀请请求 被叫方发出答复 呼叫方收到对最初请求的答复 呼叫方与被叫方产生一系列请求 接收

29、一系列的请求,2004年10月19日,64,6.各种硬件的行为,6.4重定向服务器的行为重定向服务器不会自己提出(issue)任何SIP请求。重定向服务器收到一个请求（除取消请求之外）后，就收集其列表（list）中可选的位置信息，并返回一个3型的最终答复或拒绝该请求。对于格式标准的取消请求，重定向服务器必须返回一个2型答复，该答复终止了该SIP处理。重定向服务器负责维持整个SIP处理状态。,2004年10月19日,65,6.各种硬件的行为,6.5用户服务器的行为用户服务器的行为与重定向服务器的行为差不多，只是它也可以接受请求并回答2型答复。,2004年10月19日,66,6.各种硬件的行为,6

30、.6代理服务器的行为代理服务器是SIP服务器中行为最复杂，最为重要的一种服务器。实际上，重定向服务器和注册器一般都不独立存在，而是附加在代理服务器上的功能。也就是说，代理服务器在处理注册请求和进行重定向工作时，它就是注册器或重定向服务器这里只对stateful或stateless代理服务器进行一下说明,2004年10月19日,67,6.各种硬件的行为,6.6代理服务器的行为两种代理服务器都可以在收到请求后产生一个输出请求，并把输出请求发送出去stateful代理服务器会把输入请求全部记录下来stateless代理服务器则在产生输出请求后把输入信息忘掉,2004年10月19日,68,6.各种硬件

31、的行为,6.6代理服务器的行为分叉（Forking）代理服务器和可以进行TCP连接的代理服务器都必须是stateful的在一定的条件下，stateful代理服务器可以转化成stateless代理服务器比如，请求的存活时间到期时在路由选择，侦听loop和重传请求或答复等方面，stateful和stateless代理服务器的行为都有明显区别,2004年10月19日,69,7.SIP的安全机制,7.1加密机制的基本原理和手段7.2消息的健全与接入控制7.3其他问题7.4基于PGP的安全机制,2004年10月19日,70,7.SIP的安全机制,7.1加密机制的基本原理和手段end-to-end加密，对

32、SIP消息体和确定的敏感头部进行加密。hop-by-hop加密，用来防止偷听（这里偷听是指被人察看谁在呼叫谁）。hop-by-hop加密，加密Via头域以隐藏请求所走过的路径。,2004年10月19日,71,7.SIP的安全机制,7.2消息的健全与接入控制证明与授权是SIP安全机制的又一个组成部分。简单的说，就是通信一方要求另一方提供必要的信息以证明自己具有某种权限。在证明的基础上，SIP协议又提出了一些消息健全方面的规则消息的健全性主要是指答复的可靠性。客户端对于不可靠的答复要进行特殊处理,2004年10月19日,72,7.SIP的安全机制,7.3其他问题99版SIP本身没有十分完善的安全机制，存在固有的已知的安全漏洞。,2004年10月19日,73,结束,参考文献：1 SIP：Session Initiation Protocol(March 1999)2 SIP:Session Initiation Protocol（June 2002）,