SIP

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

SIP (англ. Session Initiation Protocol — протокол установления сеанса) — протокол передачи данных, который описывает способ установления и завершения пользовательского интернет-сеанса, включающего обмен мультимедийным содержимым (видео- и аудиоконференция, мгновенные сообщения, онлайн-игры).

В модели взаимодействия открытых систем SIP является сетевым протоколом прикладного уровня.

Протокол описывает, каким образом клиентское приложение (например, софтфон) может запросить начало соединения у другого, возможно, физически удалённого клиента, находящегося в той же сети, используя его уникальное имя. Протокол определяет способ согласования между клиентами об открытии каналов обмена на основе других протоколов, которые могут использоваться для непосредственной передачи информации (например, RTP). Допускается добавление или удаление таких каналов в течение установленного сеанса, а также подключение и отключение дополнительных клиентов (то есть допускается участие в обмене более двух сторон — конференц-связь). Протокол также определяет порядок завершения сеанса.

Пример сети на базе протокола SIP

Принципы протокола[править | править вики-текст]

Разработкой занималась организация IETF MMUSIC Working Group[1]. Протокол начал разрабатываться в 1996 году Хенингом Шулзри (Henning Schulzrinne, Колумбийский университет) и Марком Хэндли (Университетский колледж Лондона). В ноябре 2000 года SIP был утверждён как сигнальный протокол проекта 3GPP и основной протокол архитектуры IMS (модификация 3GPP TS.24.229[2])[3]. Наряду c другим распространённым протоколом H.323, SIP — один из протоколов, лежащих в основе Voice over IP.

В основу протокола рабочая группа MMUSIC заложила следующие принципы:

  • Простота: включает в себя только шесть методов (функций)
  • Независимость от транспортного уровня, может использовать UDP, TCP, ATM и т. д.
  • Персональная мобильность пользователей. Пользователи могут перемещаться в пределах сети без ограничений. Это достигается путем присвоения пользователю уникального идентификатора. При этом набор предоставляемых услуг остается неизменным. О своих перемещениях пользователь сообщает с помощью сообщения REGISTER.
  • Масштабируемость сети. Структура сети на базе протокола SIP позволяет легко ее расширять и увеличивать число элементов.
  • Расширяемость протокола. Протокол характеризуется возможностью дополнять его новыми функциями при появлении новых услуг.
  • Интеграция в стек существующих протоколов Интернет. Протокол SIP является частью глобальной архитектуры мультимедиа, разработанной комитетом IETF. Кроме SIP, эта архитектура включает в себя протоколы RSVP, RTP, RTSP, SDP.
  • Взаимодействие с другими протоколами сигнализации. Протокол SIP может быть использован совместно с другими протоколами IP-телефонии, протоколами ТфОП, и для связи с интеллектуальными сетями.

Дизайн протокола[править | править вики-текст]

Клиенты SIP традиционно используют порт 5060 TCP и UDP для соединения элементов SIP-сети. В основном, SIP используется для установления и разъединения голосовых и видеозвонков. При этом он может использоваться и в любых других приложениях, где требуется установка соединения, таких, как системы оповещения, мобильные терминалы и так далее. Существует большое количество рекомендаций RFC, относящихся к SIP и определяющих поведение таких приложений. Для передачи самих голосовых и видеоданных используют другие транспортные протоколы, чаще всего RTP.

Главной задачей разработки SIP было создание сигнального протокола на базе IP, который мог бы поддерживать расширенный набор функций обработки вызова и услуг, представленных в существующей ТфОП. Сам протокол SIP не определяет этих функций, а сосредоточен только на процедурах установления звонка и сигнализации. При этом он был спроектирован с поддержкой таких функциональных элементов сети, как прокси-серверы (Proxy Servers) и Пользовательские Агенты (User Agents). Эти элементы обеспечивают базовый набор услуг: набор номера, вызов телефонного аппарата, звуковое информирование абонента о статусе вызова.

Телефонные сети на основе SIP могут поддерживать и более современные услуги, обычно предоставляемые ОКС-7, несмотря на значительное различие этих двух протоколов. ОКС-7 характеризуется сложной, централизованной интеллектуальной сетью и простыми, неинтеллектуальными, терминалами (традиционные телефонные аппараты). SIP — наоборот, требует очень простую (и, соответственно, хорошо масштабируемую) сеть с интеллектом, встроенным в оконечные элементы на периферии (терминалы, построенные как физические устройства или программы).

SIP используется вместе с несколькими другими протоколами и участвует только в сигнальной части сессии связи. SIP выполняет роль носителя для SDP, который описывает параметры передачи медиаданных в рамках сессии, например используемые порты IP и кодеки. В типичном применении сессии SIP — это просто потоки пакетов RTP. RTP является непосредственным носителем голосовых и видеоданных.

Первая предложенная версия стандарта (SIP 2.0) была определена в RFC 2543. Протокол был дополнительно уточнён в RFC 3261, хотя многие реализации по-прежнему основаны на промежуточных версиях стандарта. Обратите внимание, что номер версии остался 2.0.

Адресация[править | править вики-текст]

Для организации взаимодействия с существующими приложениями IP-сетей и для обеспечения мобильности пользователей, SIP использует адрес, подобный адресу электронной почты. В качестве адресов рабочих станций используются универсальные указатели ресурсов URI, так называемые SIP URI. Обычно используется следующий формат [sip ":"] идентификатор ["@" фрагмент], где идентификатор указывает на логин абонента или его номер телефона, а фрагмент определяет хост, который может быть задан доменным именем или IP-адресом. Примеры:

  • логин абонента@[Доменное имя],
  • доменное имя устройства@[IP-адрес],
  • № телефона@[VoIP-шлюз].

Общий стандарт URI определен рекомендацией RFC 3986.

Адрес состоит из двух частей. Первая часть — имя пользователя, зарегистрированного в домене или на рабочей станции. Если вторая часть идентифицирует какой-либо шлюз, то в первой указывается телефонный номер абонента. Во второй части адреса указывается имя домена сети, хоста или IP-адрес.

Имена пользователей представляют собой обычные алфавитно-цифровые идентификаторы. В IP-телефонии, как правило, используют чисто цифровые идентификаторы («номера») для удобства расширения/замены классических телефонных сетей. Номера местной связи, как правило, 2-3-4-значные.

Номер телефона, передаваемый шлюзу — любой доступный через него, и может быть как номером местной связи, так и номером мобильного или обычного городского телефона. Адрес шлюза (IP-адрес или доменное имя) задаётся в настройках телефона или программы-клиента, а пользователю для совершения звонка достаточно только набора номера.

Архитектура сети[править | править вики-текст]

Протокол SIP имеет клиент-серверную архитектуру.

Клиент выдаёт запросы, с указанием того, что он хочет получить от сервера. Сервер принимает и обрабатывает запросы, выдаёт ответы, содержащие уведомление об успешности выполнения запроса, уведомление об ошибке или информацию, запрошенную клиентом.

Обслуживание вызова распределено между различными элементами сети SIP. Основным функциональным элементом, реализующим функции управления соединением, является абонентский терминал. Остальные элементы сети могут отвечать за маршрутизацию вызовов, а иногда служат для предоставления дополнительных сервисов.

Терминал[править | править вики-текст]

Когда клиент и сервер реализованы в оконечном оборудовании и взаимодействуют непосредственно с пользователем, они называются пользовательским агентским клиентом — User Agent Client (UAC) — и пользовательским агентским сервером — User Agent Server (UAS). Если в устройстве присутствуют и UAC, и UAS, то оно называется пользовательским агентом — User Agent (UA), а по своей сути представляет собой терминальное оборудование SIP.

Сервер UAS и клиент UAC имеют возможность непосредственно взаимодействовать с пользователем. Другие клиенты и серверы SIP этого делать не могут.

Прокси-сервер[править | править вики-текст]

Прокси-сервер (от англ. proxy — «представитель») представляет интересы пользователя в сети. Он принимает запросы, обрабатывает их и выполняет соответствующие действия. Прокси-сервер состоит из клиентской и серверной частей, поэтому может принимать вызовы, инициировать запросы и возвращать ответы. Прокси-сервер может не изменять структуру и содержимое передаваемых сообщений, лишь добавляя свою адресную информацию в специальное поле Via.

Предусмотрено два типа прокси-серверов

  • с сохранением состояний (stateful). Такой сервер хранит в своей памяти все полученные запросы и связанные с ним новые сформированные запросы до окончания транзакции.
  • без сохранения состояний(stateless). Такой сервер просто обрабатывает получаемые запросы. Но на его базе нельзя реализовать сложные, интеллектуальные услуги.

Сервер переадресации[править | править вики-текст]

Сервер переадресации используется для определения текущего местоположения пользователя. Сервер переадресации не терминирует вызовы и не инициирует собственные запросы, а только сообщает адрес необходимого терминала или прокси-сервера. Для этих целей он взаимодействует с сервером определения местоположения.

Однако, для осуществления соединения пользователь может не использовать сервер переадресации, если он сам знает текущий адрес требуемого пользователя.

Сервер определения местоположения пользователей[править | править вики-текст]

Пользователь может перемещаться в пределах сети SIP, поэтому существует механизм определения его местоположения в текущий момент времени. Сервер определения местоположения пользователей служит для хранения текущего адреса пользователя и представляет собой базу данных адресной информации. В качестве источника информации о местоположении пользователя, может выступать даже устройство или сервер, не работающее по протоколу SIP (например СУБД, MS Exchange, RADIUS-сервер и т.п.).

Пользователь, которому нужна адресная информация не связывается с сервером определения местоположения напрямую. Эту функцию выполняют другие SIP-серверы при помощи протоколов LDAP, RWHOIS, или других протоколов.

Сервер B2BUA[править | править вики-текст]

B2BUA — (англ. back-to-back user agent, буквально: пользовательский агент спина-к-спине) — вариант серверного логического элемента в приложениях, работающих с протоколом SIP. По идеологии работы, B2BUA похож на прокси-сервер SIP, однако есть принципиальные различия. Сервер B2BUA, работает одновременно с несколькими (как правило, двумя) оконечными устройствами — терминалами, разделяя вызов или сеанс на разные плечи-участки. С каждым участком B2BUA работает индивидуально, как UAS по отношению к инициатору и как UAC по отношению к терминалу, принимающему вызов. При этом сигнальные сообщения передаются в рамках сеанса в обе стороны синхронно. Таким образом, каждый из участников соединения (сеанса связи), на уровне сигнализации взаимодействует с B2BUA, как с оконечным устройством, хотя в действительности, сервер является посредником. Это отражается в адресных полях (таких как From, To и Contact) сообщений, отправляемых сервером B2BUA. Таким образом, ключевое отличие B2BUA - полностью независимая сигнализация всех участков вызова. Это означает, в частности, что для взаимодействия с каждым отдельным пользователем в рамках сеанса связи используются уникальные идентификаторы, а содержимое одних и тех же сообщений для разных участков будет различным.

Сервер B2BUA может предоставлять следующие функции:

  • Управление звонками (биллинг, перевод звонка, автоматическое разъединение и т. д.)
  • Сопряжение разных сетей (в частности, для адаптации разных диалектов протокола, зависимых от производителей)
  • Сокрытие структуры сети (частные адреса, сетевая топология и т. п.)

Довольно часто B2BUA является частью медиа-шлюза для того, чтобы полностью контролировать медиа-потоки в рамках сессии. Сигнальный шлюз, являющийся частью пограничного контроллера соединений/сеансов — наглядный пример применения B2BUA.

Сообщения протокола SIP[править | править вики-текст]

Сообщения протокола SIP (запросы и ответы), представляют собой последовательности текстовых строк, закодированных в соответствии с документом RFC 2279. Структура и синтаксис сообщений SIP идентичны используемым в протоколе HTTP. Структура сообщений протокола SIP:

Стартовая строка
Заголовки
Пустая строка
Тело сообщения
  • Стартовая строка — начальная строка любого SIP-сообщения. Если сообщение является запросом, в ней указывается тип запроса, адресат и номер версии протокола. Если сообщение является ответом на запрос, в ней указывается номер версии протокола, тип ответа и его короткая расшифровка.
  • Заголовки сообщений содержат информацию, необходимую для обработки сообщения (информация об отправителе, адресате, пути следования и пр.)
  • Тело сообщения содержит описание сеансов связи. Не все запросы содержат тело сообщения (например запрос BYE). Все ответы могут содержать тело сообщения, но содержимое тела в них бывает разным.

Пример запроса INVITE:

INVITE sip:nikolia@example.ru SIP/2.0
Record-Route: <sip:nikolia@10.0.0.10;lr>
Via: SIP/2.0/UDP 10.0.0.10;branch=z9hG4bK3af7.0a6e92f4.0
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.0.2:5060;branch=z9hG4bK12ee92cb;rport=5060
From: "78128210000" <sip:78128210000@neutral.ru>;tag=as149b2d97
To: <sip:nikolia@example.ru>
Contact: <sip:78128210000@neutral.ru>
Call-ID: 3cbf958e6f43d91905c3fa964a373dcb@example.ru
CSeq: 103 INVITE
Max-Forwards: 16
Date: Wed, 10 Jan 2001 13:16:23 GMT
Allow: INVITE, ACK, CANCEL, OPTIONS, BYE, REFER, SUBSCRIBE, NOTIFY
Supported: replaces
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 394

v=0
o=root 3303 3304 IN IP4 10.0.0.10
s=session
c=IN IP4 10.0.0.10
t=0 0
m=audio 40358 RTP/AVP 0 8 101
a=rtpmap:0 PCMU/8000
a=rtpmap:8 PCMA/8000
a=rtpmap:101 telephone-event/8000
a=fmtp:101 0-16
a=silenceSupp:off - - - -
a=sendrecv

Запросы[править | править вики-текст]

В первоначальной версии протокола SIP (RFC 3261) было определено шесть типов запросов. С помощью запросов клиент сообщает о текущем местоположении, приглашает пользователей принять участие в сеансах связи, модифицирует уже установленные сеансы, завершает их и т. д. Тип запроса указывается в стартовой строке.

  1. INVITE — Приглашает пользователя к сеансу связи. Обычно содержит SDP-описание сеанса.
  2. ACK — Подтверждает приём ответа на запрос INVITE.
  3. BYE — Завершает сеанс связи. Может быть передан любой из сторон, участвующих в сеансе.
  4. CANCEL — Отменяет обработку ранее переданных запросов, но не влияет на запросы, которые уже закончили обрабатываться.
  5. REGISTER — Переносит адресную информацию для регистрации пользователя на сервере определения местоположения.
  6. OPTIONS — Запрашивает информацию о функциональных возможностях сервера.

Но в процессе развития, в протокол было добавлено еще несколько типов запросов, которые дополнили его функциональность:

  1. PRACK — временное подтверждение (RFC 3262)
  2. SUBSCRIBE — подписка на получение уведомлений о событии (RFC 3265)
  3. NOTIFY — уведомление подписчика о событии (RFC 3265)
  4. PUBLISH — публикация события на сервере (RFC 3903)
  5. INFO — передача информации, которая не изменяет состояние сессии (RFC 2976)
  6. REFER — запрос получателя о передаче запроса SIP (RFC 3515)
  7. MESSAGE — передача мгновенных сообщений средствами SIP (RFC 3428)
  8. UPDATE — модификация состояния сессии без изменения состояния диалога (RFC 3311)

Ответы на запросы[править | править вики-текст]

Ответы на запросы сообщают о результате обработки запроса либо передают запрошенную информацию. Структуру ответов и их виды протокол SIP унаследовал от протокола HTTP. Определено шесть типов ответов, несущих разную функциональную нагрузку. Тип ответа кодируется трёхзначным числом, самой важной является первая цифра, которая определяет класс ответа:

  1. 1ХХ — Информационные ответы; показывают, что запрос находится в стадии обработки. Наиболее распространённые ответы данного типа — 100 Trying, 180 Ringing, 183 Session Progress.
  2. 2ХХ — Финальные ответы, означающие, что запрос был успешно обработан. В настоящее время в данном типе определены только два ответа — 200 OK и 202 Accepted(прим. 202 кода нет в RFC 3261).
  3. 3ХХ — Финальные ответы, информирующие оборудование вызывающего пользователя о новом местоположении вызываемого пользователя, например, ответ 302 Moved Temporary.
  4. 4ХХ — Финальные ответы, информирующие об ошибке при обработке или выполнении запроса, например, 403 Forbidden или классический для протокола HTTP ответ 404 Not Found.
  5. 5ХХ — Финальные ответы, информирующие о том, что запрос не может быть обработан из-за отказа сервера, 500 Server Internal Error.
  6. 6ХХ — Финальные ответы, информирующие о том, что соединение с вызываемым пользователем установить невозможно, например, ответ 603 Decline означает, что вызываемый пользователь отклонил входящий вызов.

Алгоритмы установления соединения[править | править вики-текст]

Протокол SIP является управляющим протоколом для установления, модификации и разрыва соединения, ориентированного на передачу потоковых данных. Параметры передачи медиа-потоков описываются в протоколе SIP посредством SDP (протокол описания сессии). Потоковые медиа-данные могут передаваться различными средствами, среди которых наиболее популярны транспортные протоколы RTP и RTCP.

Протокол SIP определяет 3 основных сценария установления соединения: с участием прокси-сервера, с участием сервера переадресации и непосредственно между пользователями. Сценарии отличаются по тому, как осуществляется поиск и приглашение вызываемого пользователя. Основные алгоритмы установления соединения описаны в RFC 3665.

Пример сценария установления соединения, с участием SIP Registrar и SIP Proxy[править | править вики-текст]

                   Сервер           Прокси
   Алиса       Перенаправления      сервер 3           Борис
     |                |                |                 |
     |     INVITE  F1 |                |                 |
     |--------------->|                |                 |
     |     302 MT  F2 |                |                 |
     |<---------------|                |                 |
     |      ACK    F3 |                |                 |
     |--------------->|                |                 |
     |        INVITE                F4 |                 |
     |-------------------------------->|     INVITE   F5 |
     |             100 Trying       F6 |---------------->|
     |<--------------------------------|  180 Ringing F7 |
     |            180 Ringing       F8 |<----------------|
     |<--------------------------------|                 |
     |                                 |     200 OK   F9 |
     |             200 OK          F10 |<----------------|
     |<--------------------------------|                 |
     |                ACK          F11 |                 |
     |-------------------------------->|       ACK   F12 |
     |                                 |---------------->|
     |          Двусторонняя передача RTP Media          |
     |<=================================================>|
     |                                 |       BYE   F13 |
     |                BYE          F14 |<----------------|
     |<--------------------------------|                 |
     |              200 OK         F15 |                 |
     |-------------------------------->|     200 OK  F16 |
     |                                 |---------------->|
     |                                 |                 | 

Пример сценария установления соединения с участием сервера B2BUA[править | править вики-текст]

В примере ниже медиа-трафик проксируется через сервер. Сигнальные сообщения для участков Алиса - B2BUA и B2BUA - Борис являются полностью независимыми и выполняются в рамках разных сессий (изменятся как минимум адреса назначения и отправка, а также Call ID сессий). Терминал Алисы не знает реального местоположения терминала Бориса и наоборот. Так может выглядеть взаимодействие через некоторые софтсвичи или пограничные контроллеры сессий(SBC).

                        Сервер           
   Алиса                B2BUA                 Борис
    |                    | |                    |  
    |      INVITE     F1 | |                    |                
    |------------------->| |                    |
    |    100 Trying   F2 | |                    |
    |<-------------------| |       INVITE    F3 |
    |                    | |------------------->|
    |                    | |    100 Trying   F4 |        
    |                    | |<-------------------|
    |                    | |    180 Ringing  F5 |
    |   180 Ringing   F6 | |<-------------------|
    |<-------------------| |                    |
    |                    | |       200 OK    F7 |
    |      200 OK     F8 | |<-------------------|    
    |<-------------------| |                    |
    |         ACK     F9 | |                    |
    |------------------->| |         ACK    F10 |
    |                    | |------------------->| 
    |      RTP Media     | |      RTP Media     |
    |<==================>| |<==================>|
    |        BYE     F11 | |                    |
    |------------------->| |        BYE     F12 |
    |      200 OK    F13 | |------------------->|
    |<-------------------| |       200 OK   F14 |
    |                    | |<-------------------|
    |                    | |                    |

SIP-T и SIP-I[править | править вики-текст]

Для взаимодействия с традиционными телефонными сетями, использующими сигнализацию ОКС-7, были разработаны модификации протокола SIP для телефонии: Session Initiation Protocol for Telephones (SIP-T) и Session Initiation Protocol Internetworking (SIP-I). Разность версий ввиду того, что SIP-I был разработан ITU-T, а SIP-T — IETF и описан в RFC 3372. Основная задача данных модификаций протокола SIP заключается в прозрачной передаче сообщений ISUP по IP-сети. Данная задача осуществляется путём инкапсуляции сигнальных единиц ОКС в сообщения SIP. Все требуемые задачи по взаимодействию между протоколами были решены на базе протокола SIP:

Требование по взаимодействию Функция SIP-T
Прозрачность сигнализации ISUP Инкапсуляция ISUP в тело сообщения SIP
Возможность маршрутизировать сообщения SIP в зависимости от ISUP Трансляция параметров ISUP в заголовке сообщения SIP
Трансляция адресной информации при установленном соединении Использование метода INFO

Сравнение с H.323[править | править вики-текст]

SIP пригоден для чтения человеком и структурирован в отношении запросов и откликов. Сторонники SIP также заявляют о нём как о более простом, по сравнению с H.323[4]. Однако некоторые[кто?] склонны считать, что, в то время как первоначально целью SIP была простота, в своём сегодняшнем виде он стал так же сложен, как и H.323. Другие[кто?] считают, что SIP — протокол без состояний, который тем самым даёт возможность легко реализовать восстановление при отказе и другие возможности, которые затруднены в протоколах с состояниями, таких как H.323. SIP и H.323 не ограничены голосовой связью, они могут обслуживать любой сеанс связи, от голосового до видеосеанса или приложений будущего.

Параметр сравнения SIP H.323
Дополнительные услуги
Набор услуг, поддерживаемых обоими протоколами примерно одинаков
Персональная мобильность пользователей Имеется хороший набор средств поддержки мобильности Персональная мобильность поддерживается, но менее гибко
Расширяемость протокола Удобная расширяемость, простая совместимость с предыдущими версиями Расширяемость поддерживается, но существует ряд сложностей
Масштабируемость сети
Оба протокола обеспечивают хорошую масштабируемость сети
Время установления соединения Достаточно одной транзакции Требуется несколько транзакций.
Сложность протокола Простой, мало запросов, текстовый формат сообщений Сложный, много запросов и протоколов, двоичное представление сообщений
Совместимость оборудования Практически никакой. Каждый производитель SIP устройств соблюдает только тот набор рекомендаций (RFC) который ему нравится, ибо набор этих рекомендаций очень велик. Совместим фактически только базовый вызов Практически полная. Стандарты устоявшиеся и имеют чёткий набор спецификаций

Безопасность[править | править вики-текст]

Вопросам безопасности использования протокола SIP посвящён отдельный раздел RFC 3261. Шифрование сигнального трафика возможно на транспортном уровне через использование TLS вместо TCP/UDP. Кроме того, разработан стандарт SIPS (англ. SIPS), накладывающий дополнительные соглашения по безопасной передаче данных посредством SIP. Для шифрования мультимедийного контента применяется протокол SRTP.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Multiparty Multimedia Session Control (mmusic) — Charter
  2. 3GPP specification: 24.229
  3. Статья «Предпосылки появления NGN»
  4. Джим Ван Меггелен, Лейф Мадсен, Джаред Смит Asterisk - будущее IP телефонии. — Символ-Плюс, Санкт-Петербург-Москва, 2009. — 656 с. — 2000 экз. — ISBN 978-5-93286-128-8

Литература[править | править вики-текст]

  • Гольдштейн, Б. С. Протокол SIP. Справочник. — СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 2005. — С. 456. — ISBN 5-8206-0123-8
  • Гольдштейн, Б. С. IP телефония — М.: Радио и связь, 2001. — 336 °C.: ил. — ISBN 5-256-01585-0

Ссылки[править | править вики-текст]