Протокол установления сеанса
- 1 year ago
- 0
- 0
SIP , англ. Session Initiation Protocol , Протокол установления сеанса — протокол передачи данных , описывающий способ установления и завершения пользовательского сеанса связи, включающего обмен мультимедийным содержимым ( IP-телефония , видео- и аудиоконференции , мгновенные сообщения , онлайн-игры ) . Сам протокол SIP непосредственно голос не передает.
Этот 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 создания канала связи и согласования протоколов обмена информации между клиентами (например, протокол RTP используется для обмена голосовыми данными ). Допускается добавление или удаление таких каналов в течение установленного сеанса, а также подключение и отключение дополнительных клиентов (то есть предусмотрена конференц-связь, когда допускается участие в обмене более двух сторон). SIP также определяет порядок завершения сеанса .
Разработкой SIP занималась организация IETF MMUSIC Working Group . 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 ) . SIP — один из протоколов, активно использующихся для передачи речи через интернет ( Voice over IP ), наряду с H.323 .
В основу протокола рабочая группа MMUSIC заложила следующие принципы:
Клиенты SIP традиционно используют порт 5060 TCP или 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 регистрации пользователя, установления и завершения вызова и соответствующей 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 видео данных.
Первая предложенная версия стандарта (SIP 2.0) была определена в . Протокол был дополнительно уточнён в , хотя многие реализации по-прежнему основаны на промежуточных версиях стандарта. Обратите внимание, что номер версии остался 2.0.
Для организации взаимодействия с существующими приложениями сетей IP и для обеспечения мобильности пользователей, SIP использует адрес, подобный адресу
электронной почты
. В качестве вызываемых и вызывающих адресов используются универсальные указатели ресурсов
URI
, так называемые
SIP URI
, обычно имеющие формат
sip:идентификатор@домен
, где «идентификатор» представляет собой имя или номер телефона абонента, а «домен» определяет сервер или IP-АТС, которые могут быть заданы доменным именем или адресом IP.
Примеры:
логин_абонента@Доменное.имя
Стандарт URI задан в .
Адрес состоит из двух частей. Первая часть — имя пользователя, зарегистрированного в домене или на рабочей станции. Во второй части адреса указывается имя домена сети, хоста или IP-адрес. Если вторая часть идентифицирует телефонный шлюз, то в первой указывается номер телефона абонента.
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, он может быть как номером местной связи, так и номером мобильного или городского телефона. Адрес шлюза (адрес IP или доменное имя) задаётся в настройках телефона или программы-клиента, а пользователю для совершения звонка достаточно только набора номера.
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.
Когда клиент и сервер реализованы в конечном оборудовании и взаимодействуют непосредственно с пользователем, они называются User Agent Client ( англ. UAC , клиент агента пользователя ) — и User Agent Server ( англ. UAS , сервер агента пользователя). Если в устройстве присутствуют и UAC, и UAS, то оно называется User Agent ( UA , пользовательский агент) и по своей сути представляет собой оконечное оборудование SIP .
Сервер ( UAS ) и клиент ( UAC ) имеют возможность непосредственно взаимодействовать с пользователем. Другие клиенты и серверы SIP этого делать не могут.
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
Прокси может указать пользователю в ответ на первый запрос, на необходимость дополнительных для аутентификации — как минимум логина (ответ
407 Proxy authentification required
), а также параметров
цифровой аутентификации
для обеспечения безопасности.
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 , однако есть принципиальные различия. Сервер B2BUA работает одновременно с несколькими (как правило, двумя) конечными 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, хотя решение о необходимости передачи сообщения и его формате принимается B2BUA для каждого участка в индивидуальном порядке. 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. Пользовательские агенты оконечных терминалов могут взаимодействовать с B2BUA и при участии прокси-серверов.
Сервер B2BUA может предоставлять следующие функции:
Довольно часто B2BUA является частью медиашлюза для того, чтобы полностью управлять медиапотоками в рамках сессии. Сигнальный шлюз, являющийся частью пограничного контроллера соединений/сеансов — наглядный пример применения B2BUA.
Сервер переадресации (
Redirect Server
) используется для перенаправления вызова по адресу текущего местоположения пользователя. Сервер переадресации не терминирует вызовы и не инициирует собственные запросы, а только сообщает новый номер для переадресации, или адрес необходимого терминала или адрес прокси-сервера при помощи ответов класса 3XX (
301 Moved Permanently
,
302 Moved Temporarily
или
300 Multiple Choice
). Дополнительная информация о вызываемом пользователе — новый адрес и/или номер телефона для последующего перенаправления запроса далее передается в ответе от сервера переадресации в поле
Contact
(например ответ
300 Multiple choice
может содержать несколько строк типа
Contact
с новой информацией для перенаправления вызова).
Для целей получения информации для перенаправления сервер переадресации может взаимодействовать с SIP-регистратором или сервером определения местоположения.
Однако, для осуществления соединения пользователь может не использовать сервер переадресации, если он сам знает текущий адрес требуемого пользователя.
Протокол
SIP
подразумевает мобильность пользователя, то есть пользователь может перемещаться в пределах сети, получая новый адрес. Поэтому в SIP существует механизм регистрации — уведомление о новом адресе со стороны пользовательского агента. Сервер регистрации или регистратор (
registrar
) служит для фиксации и хранения текущего адреса пользователя и представляет собой регулярно обновляемую базу данных адресной информации. В общем случае, пользователь сообщает серверу регистрации свою адресную информацию, такую как IP-адрес или доменное имя и абонентский телефонный номер — при помощи запроса
REGISTER
. Сервер может подтвердить успешную регистрацию (
200 OK
) или отклонить в случае, если есть проверка данных и учётная запись пользователя не найдена (
404 Not found
) или регистрация для пользователя запрещена в данный момент (
403 Forbidden
). Регистратор может указать на необходимость логина пользователя для проверки (
401 Unauthorized
), при этом может предложить клиенту провести
аутентификацию
на основе зашифрованного пароля.
В качестве источника информации для аутентификации пользователя может выступать устройство или ПО, не использующее протокол SIP (например
СУБД
,
MS Exchange
,
RADIUS
-сервер и т. п.).
Регистрация терминала пользователя на сервере имеет определённый «срок жизни» и должна подтверждаться новым запросом
REGISTER
со стороны клиента, в противном случае адресная информация может быть удалена. Информация о продолжительности
таймера
«срока жизни» регистрации в секундах передается каждой стороной в поле
Expires
. Сервер выбирает наименьшее значение таймера из информации полученной от клиента и из собственных параметров, определяет таким образом время действия регистрация и передает окончательное значение таймера клиенту в поле
Expires
в
200 OK
при подтверждении регистрации.
Клиент может также прислать запрос с нулевым временем жизни регистрации в поле
Expires'
— это запрос на принудительное удаление адресной информации из сервера (т.е. завершение
или удаление регистрации по инициативе клиента).
В различных реализациях SIP-сетей может встречаться сочетание сервера регистрации и других серверов в едином приложении или устройстве, работающем через один сокет на одном порту (обычно UDP/5060) — то есть единую точку получения и обработки запросов. Так зачастую регистраторы совмещаются с сервером переадресации, или SIP-прокси. Например, многие программные АТС (например, Asterisk , Yate , РТУ ) содержат функционал SIP-регистратора с проверкой регистрационных данных каждого пользователя. Информация о возможностях пользователя зарегистрироваться и устанавливать соединения определяются в данном случае его единой учётной записью. В свою очередь абонентское оборудование IP-телефонии ( телефоны , абонентские шлюзы ) в большинстве случаев требуют обязательной предварительной регистрации на сервере для дальнейшей работы в телефонной сети.
В результате система IP-телефонии может выглядеть аналогично системе сотовой связи — все абонентское оборудование при включении регистрируется на коммутаторе (АТС) и после этого может совершать и принимать вызовы через него, который либо переадресует запрос другому конечному пользователю, либо переправляет запрос на другой коммутатор.
Пользователь может перемещаться в пределах разных сетей, кроме того, подлинный адрес пользователя может быть и неизвестным, даже если его номер известен. Это актуально, в частности для услуги переносимости номера (LNP/MNP) . Для решения таких задач существует механизм определения местоположения пользователя при помощи сторонних средств, не имеющих прямого отношения к SIP — сервер определения местоположения ( англ. Location Server ), который хранит текущий адрес пользователя и представляет собой регулярно обновляемую базу данных адресной информации.
Пользователь, которому нужна адресная информация другого пользователя для установления соединения, не связывается с сервером определения местоположения напрямую. Эту функцию выполняют другие SIP-серверы при помощи протоколов LDAP , R WHOIS , ENUM , RADIUS или других протоколов.
Сообщения протокола SIP (запросы и ответы) представляют собой последовательности текстовых строк, закодированных в соответствии с документом . Структура и синтаксис сообщений SIP идентичны используемым в протоколе HTTP .
Структура сообщений протокола SIP |
Стартовая строка |
---|
Заголовки |
Пустая строка |
Тело сообщения |
Пример запроса INVITE :
INVITE sip:[email protected] SIP/2.0 Record-Route: <sip:[email protected];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:[email protected]>;tag=as149b2d97 To: <sip:[email protected]> Contact: <sip:[email protected]> Call-ID: [email protected] 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
В первоначальной версии протокола SIP (в ) 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.
В дальнейшем протокол был расширен, в него добавили ещё несколько типов запросов:
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:
Протокол SIP является управляющим протоколом для установления, модификации и разрыва соединения, ориентированного на передачу потоковых данных. Параметры передачи медиапотоков описываются в протоколе SIP посредством SDP (протокол описания сессии). Потоковые медиаданные 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 различаются по тому, как осуществляется поиск и приглашение вызываемого пользователя. Основные алгоритмы установления соединения описаны в .
Алиса делает запрос на своем терминале и осуществляет поиск информации о терминале Бориса. Сервер переадресации выдает информацию о том, что связаться с Борисом можно через другой адрес - адрес прокси-сервера.
Терминал Алисы делает запрос на прокси-сервер, тот в, свою очередь пересылает запрос на терминал Бориса. От терминала Бориса поступает информация о том, что пользователь найден и он получил звуковой сигнал о том, что его вызывают (
180 Ringing
), что прокси-сервер передает терминалу Алисы. Далее, когда Борис принимает вызов, соответствующее сообщение
200 OK
прокси-сервер также передает терминалу Алисы и в результате устанавливается сеанс связи с передачей медиа-данных по протоколу RTP.
В примере ниже медиатрафик 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) .
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). Протокол SIP-I разработан организацией ITU-T , рекомендация Q.1912.5 , а SIP-T — IETF и описан в документе 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 параметров ISUP | Трансляция параметров ISUP в заголовке сообщения SIP |
Трансляция адресной информации при установленном соединении | Использование метода INFO |
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 . Однако некоторые эксперты склонны считать, что, в то время как первоначальной целью SIP была простота, в своём сегодняшнем виде он стал так же сложен, как и H.323. Другие эксперты обоснованно считают, что SIP, как протокол без состояний, даёт возможность легко реализовать восстановление при отказе и другие возможности, которые затруднены в протоколах с состояниями, таких как H.323. Как SIP, так и H.323, не ограничены голосовой связью, они обслуживают любой сеанс связи, от голосового до видеосеанса или приложений будущего.
Параметр сравнения | SIP | H.323 |
---|---|---|
Дополнительные услуги |
|
|
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 |
|
|
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 |
Вопросам безопасности использования протокола SIP посвящён отдельный раздел . Шифрование сигнального трафика возможно на транспортном уровне через использование TLS поверх TCP/UDP. Кроме того, разработан стандарт ( англ. ), накладывающий дополнительные соглашения по безопасной передаче данных посредством SIP. Для шифрования мультимедийного контента применяется протокол SRTP .