SIP協(xié)議的現(xiàn)狀及應(yīng)用研究

楊森茂

【摘要】本文首先闡述了SIP協(xié)議的基本概念，通過比較分析SIP與H323、XMPP協(xié)議的技術(shù)現(xiàn)狀，說明SIP協(xié)議的技術(shù)優(yōu)勢，之后結(jié)合企業(yè)應(yīng)用需求，提出如何在企業(yè)內(nèi)部構(gòu)建SIP協(xié)議的VOIP電話網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方案，為企業(yè)建設(shè)VOIP電話系統(tǒng)提供科學(xué)的依據(jù)。文章最后通過介紹SIP協(xié)議在國內(nèi)外開發(fā)應(yīng)用的現(xiàn)狀，說明以SIP協(xié)議為基礎(chǔ)的VOIP電話系統(tǒng)是企業(yè)應(yīng)用的必然趨勢。

【關(guān)鍵詞】SIP；H.323；XMPP；VOIP電話

【中圖分類號】TP3 11.1 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01—0085—02

1 引言

VOIP（基于網(wǎng)絡(luò)的語音傳送）是語音通信發(fā)展的趨勢。大多數(shù)電信廠商均認(rèn)為，雖然目前VOIP在語音通信流量中只占很少的比例，但隨著時間的推移和技術(shù)的發(fā)展，VOIP電話語音所占比例正快速增長。作為實現(xiàn)VOIP系統(tǒng)的軟交換協(xié)議，會話控制協(xié)議（SIP）和H.323、XMPP協(xié)議就是其中的三大主流技術(shù)，其中，SIP信令控制協(xié)議正越來越受到人們的關(guān)注。

2 SIP協(xié)議

SIP最早源于二十世紀(jì)九十年代中期哥倫比亞大學(xué)提出的研究成果，后經(jīng)IETF發(fā)布的一個標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用控制（信令）協(xié)議。眾所周知，它可用來建立、修改以及終止多個參與者參加的多媒體會話進程。參與會話的成員可以通過單播連網(wǎng)、組播方式或者兩者結(jié)合的形式進行通信。并能動態(tài)調(diào)整和修改會話屬性（如會話帶寬要求、傳輸?shù)拿襟w類型、媒體編解碼格式等）。

SIP協(xié)議中有客戶機和服務(wù)器之分。客戶機是向服務(wù)器發(fā)送sIP請求并能夠與服務(wù)器建立連接的終端應(yīng)用程序。用戶代理（User Agent）和代理（Proxy）中都包含客戶機的應(yīng)用。服務(wù)器是一個邏輯實體，它響應(yīng)客戶機發(fā)出的SIP請求，提供接收、拒絕和重定向等服務(wù)，并回送應(yīng)答的應(yīng)用程序，主要包括用戶代理服務(wù)器、代理服務(wù)器、重定向服務(wù)器、注冊服務(wù)器等四類服務(wù)器：

SIP協(xié)議最初規(guī)定了六種信令：REGISTER、INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTIONS。其中REGISTER用于客戶端向注冊服務(wù)器等級和綁定用戶的位置等消息；INVITE和ACK用于創(chuàng)建會話呼叫，成功建立呼叫會話，或者用于改變已經(jīng)建立以后會話屬性；BYE用以終結(jié)和斷開已經(jīng)建立的會話；CANCEL用于終止已經(jīng)發(fā)起但還未完全建立會話的請求；OPTIONS用于查詢其它用戶代理和代理服務(wù)器能力。

SIP在設(shè)計上充分考慮了對其它協(xié)議的擴展適應(yīng)性。它支持許多種地址描述和尋址，包括用戶名@主機地址；被叫號碼@PSTN網(wǎng)關(guān)地址；Tel：010-5 9988888普通電話的描述等。這樣，SIP主叫按照被叫地址就可以識別出被叫在模擬電話網(wǎng)絡(luò)上的位置，然后通過一個與模擬電話網(wǎng)絡(luò)相連的語音網(wǎng)關(guān)發(fā)起請求呼叫。

SIP主要支持三種方式建立呼叫，包括：由用戶代理客戶機（UAC）直接向用戶代理服務(wù)器（UAS）發(fā)起的呼叫，由用戶代理客戶機在重定向服務(wù)器的協(xié)助下進行的重定向呼叫和由代理服務(wù)器代表用戶代理客戶機向被叫發(fā)起呼叫。圖1是由SIP代理建立呼叫的模型。

3 SIP和H.323、XMPP協(xié)議的比較

SIP和H.323、XMPP協(xié)議都是作為多媒體通信的應(yīng)用層控信令協(xié)議設(shè)計的。H.323試圖用VOIP電話替換傳統(tǒng)的模擬通信，且只是傳輸方式由原來的電路交換變成了分組交換，就如同模擬傳輸變成數(shù)字傳輸。XMPP（可擴展通訊和表示協(xié)議）以Jabber協(xié)議為基礎(chǔ)，可用于服務(wù)類實時通訊、表示和需求響應(yīng)服務(wù)中的XML數(shù)據(jù)元流式傳輸。而SIP協(xié)議側(cè)重于將IP電話作為因特網(wǎng)上的一個應(yīng)用，相比較于較其它協(xié)議（如FTP，E-mail等），雖然都利用RTP作為媒體傳輸?shù)膮f(xié)議，但H.323是一個相對復(fù)雜的協(xié)議，增加了信令和QoS的要求。

H.323采用基于抽象語法標(biāo)記ASN.1和壓縮編碼規(guī)則的簡潔的二進制編碼規(guī)則發(fā)送其各種形式的信息。XMPP是基于可擴展標(biāo)記語言（XML）的協(xié)議，它繼承了在XML環(huán)境中靈活的擴展性，因此，基于XMPP的應(yīng)用具有超強的可擴展性。而SIP以文本形式描述的協(xié)議，類似于HTTP。基于文本的編碼協(xié)議，能夠顯而易見的表示其頭域的意義，如From、To、Subject等域名。過去的實踐，已經(jīng)充分證明了這種不需要復(fù)雜文檔說明的標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)越性。

在電話會議支持方面，由于H.323協(xié)議中規(guī)定由多點控制單元（MCU）集中控制會議各種功能，要求所有參加會議終端都將控制消息發(fā)送到MCU，MCU極有可能成為電話會議的瓶頸；另外H.323協(xié)議只支持信令的單播功能，而不支持組播功能，限制了協(xié)議的可擴展性，同時也降低了可靠性。雖然XMPP是支持組播的消息類型，但協(xié)議本身仍需為創(chuàng)建方便和高效的多人視頻會議進行完善。而SIP協(xié)議設(shè)計之初就設(shè)立了分布式的呼叫機制，其組播功能不僅能夠便于會議控制，而且簡化了用戶的定位、邀請群組等，并且節(jié)約了寬帶的占用。

H.323中專門定義了用于增值業(yè)務(wù)的協(xié)議，比如H.450.1、H.450.2和H.450.3等。XMPP協(xié)議經(jīng)過擴展以后，可以通過發(fā)送擴展的信息來處理用戶的需求，以及在XMPP的頂端建立如內(nèi)容發(fā)布系統(tǒng)和基于地址的服務(wù)等應(yīng)用程序。同樣，SIP協(xié)議也可以非常方便地支持補充業(yè)務(wù)或智能業(yè)務(wù)。只要充分利用SIP已定義的方法和頭域，就可以輕松實現(xiàn)對這些業(yè)務(wù)的支持。對于無法通過現(xiàn)有的方法和頭域?qū)崿F(xiàn)的業(yè)務(wù)，因SIP本身就是一種可擴展的協(xié)議，所以也可以通過擴展特定的方法和頭域?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的智能業(yè)務(wù)，并在體系結(jié)構(gòu)中增加業(yè)務(wù)代理，提供一些補充服務(wù)或與智能網(wǎng)設(shè)備的接口。

在H.323中，呼叫建立過程涉及到三條信令信道的協(xié)調(diào)，呼叫建立所需的時間很長。XMPP使用發(fā)布訂閱協(xié)議管理多方通信中的帶內(nèi)通信（主要是多方數(shù)據(jù)通信），并為帶外多方通信提供基礎(chǔ)平臺。在SIP中，會話請求過程是和媒體信道協(xié)商過程等一起建立的。盡管第二版的H.323協(xié)議，已經(jīng)優(yōu)化了呼叫請求的過程，縮短了呼叫建立會話的時間，但仍無法與SIP只需要1.5個回路時延建立呼叫相提并論。并且，H.323的呼叫信令通道和H.245控制信道需要依賴可靠的傳輸協(xié)議。而SIP獨立于低層協(xié)議，一般使用UDP協(xié)議，通過利用自己信令層的可靠性機制來保證消息的可靠傳輸。

4 企業(yè)SIP電話設(shè)計方案

考慮SIP在企業(yè)網(wǎng)中的實際應(yīng)用，本文按照SIP協(xié)議規(guī)范提出了一套VOIP電話系統(tǒng)設(shè)計方案，SIP終端不僅可以在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)正常應(yīng)用，也可以透過企業(yè)防火墻借助互聯(lián)網(wǎng)進行應(yīng)用，圖2其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。也就是說，企業(yè)IP電話網(wǎng)絡(luò)中使用私有地址的SIP終端可以作為被叫被外界SIP終端呼叫。這樣VOIP在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用才有意義。

4.1 系統(tǒng)基本工作流程

用戶注冊：用戶通過代理客戶機自動向SIP服務(wù)器端發(fā)送注冊信息；該服務(wù)器的SIP注冊服務(wù)模塊接收注冊信息后，要先對客戶端進行身份驗證，確認(rèn)其合法后再對該用戶的狀態(tài)信息、IP地址信息等進行更新。

會話建立：用戶A準(zhǔn)備發(fā)起一次與用戶B通話時，首先A通過其用戶代理客戶機將會話請求傳至SIP服務(wù)器，之后通過該服務(wù)器進一步查找用戶B的有關(guān)信息，并進行精確定位，服務(wù)器判定用戶B是否具有接通能力，如果可以則將用戶A的呼叫請求直接轉(zhuǎn)發(fā)給用戶B，否則服務(wù)器直接向A返回拒絕信息。

通話過程：如果A和B之問的通信鏈路建立成功，則他們之間直接進行通信直至?xí)捊Y(jié)束，通話結(jié)束時向代理服務(wù)器發(fā)送會話結(jié)束請求。

4.2 系統(tǒng)協(xié)議結(jié)構(gòu)

由于SIP僅是會話初始化協(xié)議，不能像H.323協(xié)議的通信系統(tǒng)那樣提供全部的語音會話業(yè)務(wù)，必須協(xié)同其他協(xié)議共同來建立一個完整的多媒體業(yè)務(wù)體系結(jié)構(gòu)，本方案采用的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖3。在應(yīng)用層，SIP協(xié)議主要負(fù)責(zé)會話的建立、管理以及性能協(xié)商等任務(wù)，由于SIP協(xié)議本身提供了可靠的響應(yīng)機制，故在傳輸層選用UDP協(xié)議也能保證信令的正確傳輸。實時流協(xié)議（RTSP）用于控制“一點到多點”的多媒體數(shù)據(jù)流。系統(tǒng)采用了資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）和實時傳輸控制協(xié)議（RTCP），以確保系統(tǒng)具有較高的服務(wù)質(zhì)量。資源預(yù)留協(xié)議規(guī)定和分配了IP網(wǎng)絡(luò)的資源保護技術(shù)，可將資源預(yù)留給一個或多個給定的會話，并且該會話優(yōu)先于任何試圖參與雙方之間的其它媒體交換；實時傳輸控制協(xié)議用來檢測并潛在地解決發(fā)送問題，從而監(jiān)控會話質(zhì)量和檢測網(wǎng)絡(luò)問題以達到對QoS的監(jiān)控。

實時傳輸協(xié)議（RTP）用來實現(xiàn)端到端的語音數(shù)據(jù)的實時傳輸業(yè)務(wù)。由于使用UDP協(xié)議，得到了端到端的QoS支持，基于SIP協(xié)議的IP電話系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)帶寬被其它業(yè)務(wù)負(fù)載較重時，可以降低在超時連接時導(dǎo)致呼叫建立的延遲，因此本方案在傳輸層選用無狀態(tài)的UDP來傳送語音信息。這里以將RTP看作是在UDP協(xié)議上運行應(yīng)用服務(wù)，構(gòu)成支持實時數(shù)據(jù)傳遞所需的傳輸功能的不同部分。

5 國內(nèi)外SIP協(xié)議的應(yīng)用

自2000年6月，瑞典舉行的Voice On the Net 2000展示會以來，VOIP主流通信協(xié)議的發(fā)展和變化一直為人們所重點關(guān)注。

目前，采用H.323的VOIP服務(wù)對終端設(shè)備的要求較高。XMPP協(xié)議是IETF近期發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，有待進一步完善。而SIP協(xié)議優(yōu)勢非常明顯，它簡單靈活、分布控制，而且極易與其它服務(wù)集成。因此，在開發(fā)VOIP產(chǎn)品的同時，要關(guān)注SIP的發(fā)展，借鑒其有用之處。不可否認(rèn)，在整個電信網(wǎng)絡(luò)中，一直存在采用H.323協(xié)議統(tǒng)一VOIP實現(xiàn)的呼聲，不過，電信廠商和運營公司均承認(rèn)SIP的靈活性，并已采取行動利用SIP協(xié)議開發(fā)相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品。

微軟公司：早在2000年，微軟公司就推出了基于SIP協(xié)議的即時通信產(chǎn)品，經(jīng)過不斷優(yōu)化和升級，其最新的版本是LYNC 2013，LYNC 2013提供了在線狀態(tài)、即時消息、語音、視頻、WEB會議等功能，已經(jīng)占據(jù)了國際統(tǒng)一通信大部分市場。

AVAYA：從2004年就已經(jīng)開始著手基于SIP的產(chǎn)品及解決方案的研發(fā)，而Avaya在SIP上的定位也非常明確，所以在解決方案的規(guī)劃上，Avaya力求把SIP和原有的應(yīng)用層解決方案緊密融合。并在原有應(yīng)用的基礎(chǔ)上擴展由于SIP的引入而增加的新的功能。CCS服務(wù)器是Avaya最新的SIP服務(wù)集成解決方案，CCS服務(wù)器集成了SIP中幾乎所有的主要服務(wù)器功能，為企業(yè)基于SIP的通信網(wǎng)絡(luò)提供集成的服務(wù)。

華為公司：近年來，華為公司認(rèn)為隨著基于SIP的VoIP實現(xiàn)門檻越來越低，語音業(yè)務(wù)將逐步退出主導(dǎo)地位，成為一種最基本的業(yè)務(wù)。因此，華為公司不僅僅發(fā)布了基于SIP的語音網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，如：迅時MX51系列語音網(wǎng)關(guān)；還推出了基于SIP的融合通信產(chǎn)品eSpace。

據(jù)美國一家資訊公司對VOIP相關(guān)協(xié)議的實際應(yīng)用情況和未來前景的預(yù)測，到2015年，SIP應(yīng)用將達到全部VOIP相關(guān)安裝協(xié)議的46%，而H.323今后的應(yīng)用比例將逐步下降。

6 結(jié)論

通過近20年的應(yīng)用與完善，SIP協(xié)議已經(jīng)發(fā)展成為與H.323同樣成熟的信令控制協(xié)議，而且相較于H.323，SIP具有靈活的可擴展特性等優(yōu)勢，業(yè)已被廣大電信廠商所認(rèn)可。事實上，企業(yè)建設(shè)基于SIP協(xié)議的VoIP電話系統(tǒng)具有投資小、成本低、方便實用，可靠性強、安全性好等優(yōu)點，已經(jīng)成為企業(yè)建設(shè)語音通信系統(tǒng)的首選方案。