SIP和IPv6混合網(wǎng)絡(luò)橋接技術(shù)研究

周 誼

（上海浦東發(fā)展銀行，上海200120）

·微機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信·

SIP和IPv6混合網(wǎng)絡(luò)橋接技術(shù)研究

周 誼

（上海浦東發(fā)展銀行，上海200120）

由于IPv4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與IPv6協(xié)議是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立不兼容的協(xié)議，因此即使新的設(shè)備開(kāi)始支持IPv6協(xié)議后也只能是實(shí)現(xiàn)IPv6網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信，無(wú)法實(shí)現(xiàn)SIP終端之間直接進(jìn)行IPv4網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)間的會(huì)話通信。為了實(shí)現(xiàn)IPv4網(wǎng)絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)之間的SIP通信的目標(biāo)，研究SIP通信橋接服務(wù)系統(tǒng)的整體框架，根據(jù)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能，將系統(tǒng)分成對(duì)SIP協(xié)議通信模塊、RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊、IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)通信模塊、核心控制模塊、負(fù)載均衡模塊，對(duì)幾個(gè)模塊進(jìn)行分別設(shè)計(jì)。最后是整個(gè)SIP橋接服務(wù)器的運(yùn)行效果演示，主要是針對(duì)RTP流數(shù)據(jù)的抓包演示，證明了該系統(tǒng)完成了將RTP流數(shù)據(jù)從IPv4網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到了IPv6網(wǎng)絡(luò)中的目標(biāo)。

混合網(wǎng)絡(luò)；橋接；通信橋接；網(wǎng)絡(luò)通信；負(fù)載均衡；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

1 引言

如今在企業(yè)內(nèi)部，SIP的服務(wù)器到終端的通信基本全部都是基于IPv4網(wǎng)絡(luò)的，因此在過(guò)渡過(guò)程中既要保證不能影響原有設(shè)備的正常運(yùn)行，又要使得SIP系統(tǒng)兼容IPv6協(xié)議直到過(guò)渡順利結(jié)束[1]。由于IPv4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不兼容，由此得出可以通過(guò)搭建一個(gè)中間橋接設(shè)備來(lái)滿足兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間SIP通信的需要。SIP通信橋接服務(wù)器將作為一個(gè)特殊的終端分別加入到IPv4網(wǎng)絡(luò)的SIP系統(tǒng)和IPv6網(wǎng)絡(luò)的SIP系統(tǒng)[2]。當(dāng)其中一方有跨網(wǎng)絡(luò)通信的需要時(shí)，直接向SIP橋接服務(wù)器發(fā)起通信請(qǐng)求，橋接服務(wù)器將分別與兩種網(wǎng)絡(luò)中的通信終端進(jìn)行協(xié)議協(xié)商，當(dāng)協(xié)商通過(guò)后負(fù)責(zé)將雙方的所有通信進(jìn)行橋接，實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)SIP通信。

2 SIP通信橋接服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能，將系統(tǒng)分成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊：SIP協(xié)議通信模塊、RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊、IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)通信模塊、核心控制模塊、負(fù)載均衡模塊，如圖1所示。

當(dāng)SIP通信發(fā)起時(shí)用SIP協(xié)議通信模塊來(lái)負(fù)責(zé)處理所有與SIP協(xié)議相關(guān)的通信細(xì)節(jié)的協(xié)商，將所有協(xié)商的結(jié)果返回給核心控制模塊來(lái)處理，并控制SIP通信的流程步驟[3]。

圖1 橋接服務(wù)器功能設(shè)計(jì)模塊圖

當(dāng)SIP通信協(xié)商成功，RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊會(huì)根據(jù)核心控制模塊傳遞的參數(shù)來(lái)建立RTP流的雙通道，將通信雙方RTP流相互轉(zhuǎn)發(fā)。

用IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)通信模塊來(lái)獲取本機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息，并接受SIP協(xié)議通信模塊和RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊的通信請(qǐng)求并實(shí)施不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信，這一部分主要是操作系統(tǒng)提供，直接通過(guò)API命令調(diào)用即可。

由核心控制模塊來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)其他模塊，負(fù)責(zé)參數(shù)傳遞和通信流程管理。統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)資源使用情況。

負(fù)載均衡模塊中登記有其他橋接服務(wù)器的IP地址，當(dāng)本服務(wù)器無(wú)法接受新的通信請(qǐng)求時(shí)，將其他從屬橋接服務(wù)器查詢(xún)其負(fù)載情況，若有從服務(wù)器可以接受請(qǐng)求，如果當(dāng)前服務(wù)器為從服務(wù)器時(shí)，則將該服務(wù)器IP告知其上級(jí)服務(wù)器，如果當(dāng)前服務(wù)器為主服務(wù)器時(shí)則通過(guò)SIP的invite消息告知SIP客戶(hù)端，否則通過(guò)上述兩種方式進(jìn)行拒絕[4]。

3 關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)

3.1 SIP協(xié)議通信模塊

SIP協(xié)議通信模塊目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)與其他客戶(hù)端的正常SIP協(xié)議的交互。但是由于RTP流模塊只是負(fù)責(zé)將雙方的RTP流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)地址協(xié)議后，進(jìn)行互通的轉(zhuǎn)發(fā)并不涉及RTP流中語(yǔ)音數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)化，所以在SIP協(xié)議通信模塊中，需要負(fù)責(zé)雙方的流媒體格式的協(xié)商[5]。當(dāng)前已經(jīng)有許多非常成熟的開(kāi)源SIP協(xié)議棧。這里將采用SippyB2BUA開(kāi)源框架來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)（見(jiàn)圖2）[6]。B2BUA主要由應(yīng)答SIP用戶(hù)代理，呼叫控制邏輯單元，發(fā)起SIP用戶(hù)代理三個(gè)主要的邏輯組件。組件之間通過(guò)抽象的事件進(jìn)行交互。每個(gè)用戶(hù)代理表示一個(gè)狀態(tài)機(jī)，用來(lái)從終端接收SIP消息，并將其轉(zhuǎn)化成基于消息的事件和代理本身的狀態(tài)。呼叫控制邏輯負(fù)責(zé)將事件傳遞給不同的用戶(hù)代理。根據(jù)本身的當(dāng)前狀態(tài)和其他用戶(hù)代理的狀態(tài)，呼叫控制邏輯可以丟棄一些事件，或者將其做相應(yīng)轉(zhuǎn)化，又或者插入其他事件。呼叫控制邏輯也可以直接去掉其中的用戶(hù)代理或者在呼叫的某個(gè)狀態(tài)上將其用其他用戶(hù)代理所替換，類(lèi)似于呼叫失敗通話路由或者受控制的呼叫轉(zhuǎn)發(fā)等等。

圖2 B2BUA高層架構(gòu)

3.2 RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊在被核心控制模塊調(diào)用后，會(huì)接收到SIP協(xié)議通信模塊已經(jīng)協(xié)商好的，兩組RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊所需要用到的參數(shù)[7]，如表1所示。

表1 RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊參數(shù)

如圖3所示，當(dāng)SIP協(xié)議通信模塊完成SIP協(xié)議層面的協(xié)商之后，RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊將負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)SIP發(fā)起終端和SIP目的終端之間RTP流數(shù)據(jù)。如RTP流向圖所示，RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊從自己的發(fā)起端代理接收端口（SPR）接收SIP發(fā)起終端的發(fā)送的RTP流數(shù)據(jù)，然后通過(guò)目的端代理端口（DPS）將該流數(shù)據(jù)發(fā)送給SIP目的終端。同樣從目的端代理端口（DPR）接收SIP目的終端的RTP流數(shù)據(jù)，再通過(guò)發(fā)起端代理發(fā)送端口（SRS）將流數(shù)據(jù)發(fā)送給SIP發(fā)起終端。由于SIP發(fā)起終端與發(fā)起端代理之間的通信和SIP目的端與目的端代理之間的通信之間是相互獨(dú)立的，相當(dāng)于是兩個(gè)獨(dú)立的SIP會(huì)話，而RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊的作用充當(dāng)SIP終端的同時(shí)將兩個(gè)會(huì)話之間的流數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

圖3 RTP流數(shù)據(jù)流向

RTP流模塊核心程序只需要對(duì)RTP流向圖中的兩個(gè)數(shù)據(jù)流的進(jìn)行處理，而且兩個(gè)數(shù)據(jù)流的處理方式完全相同，下面給出對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)流的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)代碼：

3.3 負(fù)載均衡模塊的設(shè)計(jì)

為了提高系統(tǒng)的健壯性，不可避免地要引入負(fù)載均衡機(jī)制[8]。通過(guò)負(fù)載均衡模塊來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)橋接服務(wù)器之間的通信負(fù)載。本SIP通信橋接系統(tǒng)的負(fù)載均衡通過(guò)兩個(gè)層面來(lái)實(shí)現(xiàn)：

（1）通過(guò)外部系統(tǒng)直接實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。當(dāng)橋接服務(wù)器加入企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)之后，將所有的橋接服務(wù)器以第三方SIP客戶(hù)端的形式加入SIP的注冊(cè)服務(wù)器中。當(dāng)有SIP終端需要向異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的SIP終端發(fā)起通信時(shí)，會(huì)先向SIP注冊(cè)服務(wù)器進(jìn)行通信查詢(xún)，此時(shí)SIP注冊(cè)服務(wù)器發(fā)現(xiàn)該次SIP會(huì)話需要橋接服務(wù)器的介入，則先從本地的數(shù)據(jù)庫(kù)中隨機(jī)選取一個(gè)橋接服務(wù)器地址發(fā)出SIP通信INVITE請(qǐng)求，如果該服務(wù)器能夠承載該會(huì)話，則向SIP注冊(cè)服務(wù)器返回SIP通信的100TryingSIP消息，然后向SIP目的終端發(fā)起SIP信令交互。否則直接向SIP注冊(cè)服務(wù)器返回603decline消息進(jìn)行拒絕，然后SIP注冊(cè)服務(wù)器就會(huì)再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中選取下一個(gè)可用的橋接服務(wù)器地址發(fā)出通信請(qǐng)求。

（2）通過(guò)橋接服務(wù)器內(nèi)部的負(fù)載平衡模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。將企業(yè)內(nèi)部的所有接入的橋接服務(wù)器用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組織起來(lái)，每個(gè)橋接服務(wù)器地位平等，每個(gè)都按算法都登記有其他M個(gè)服務(wù)器的地址，實(shí)現(xiàn)所有橋接服務(wù)器的相互指向，自成一個(gè)網(wǎng)狀聯(lián)系的體系[9]。當(dāng)其中一個(gè)橋接服務(wù)器接收到新的SIP通信橋接請(qǐng)求時(shí)，該橋接服務(wù)器會(huì)先查詢(xún)本服務(wù)器的當(dāng)前負(fù)載情況是否超過(guò)額定的通信負(fù)載參數(shù)，如果沒(méi)有則接受該次請(qǐng)求并向發(fā)起端返回100TryingSIP消息，然后向SIP目的終端發(fā)出SIP通信請(qǐng)求，并聯(lián)合其他模塊完成其余所需的橋接服務(wù)，并將本服務(wù)器當(dāng)前負(fù)載參數(shù)+1。但是當(dāng)該橋接服務(wù)器發(fā)現(xiàn)本服務(wù)器的負(fù)載已經(jīng)過(guò)大導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)本次SIP通信的橋接時(shí)，則從負(fù)載均衡模塊中登記的下一個(gè)可用的橋接服務(wù)器中隨機(jī)選取一個(gè)，并通過(guò)向SIP發(fā)起終端返回一個(gè)380 alternative service SIP消息的方式將會(huì)話重定向至該地址[10]。

3.4 核心控制模塊的設(shè)計(jì)

一個(gè)能夠成功進(jìn)行RTP流的控制流程如圖4所示。當(dāng)核心控制模塊對(duì)系統(tǒng)的初始化結(jié)束之后，會(huì)先調(diào)用SIP協(xié)議通信模塊開(kāi)始SIP通信請(qǐng)求的監(jiān)聽(tīng)。

圖4 核心控制模塊的控制

在階段4如果負(fù)載均衡模塊所返回的參數(shù)是 [False,AHOST]，則表明當(dāng)前系統(tǒng)負(fù)載過(guò)大，不能接受新的橋接請(qǐng)求，核心控制模塊就會(huì)調(diào)用SIP協(xié)議通信模塊，向SIP發(fā)起終端發(fā)送一個(gè)380alternativeserviceSIP消息，通知SIP發(fā)起終端則向轉(zhuǎn)向的橋接服務(wù)器發(fā)起新的SIP會(huì)話的橋接請(qǐng)求。此次SIP會(huì)話就直接結(jié)束。但是如果負(fù)載均衡模塊所返回的參數(shù)如果是[False,NULL]，表明不僅本服務(wù)器無(wú)法接受請(qǐng)求，而且無(wú)法找到可用的橋接服務(wù)器，則核心控制模塊就會(huì)調(diào)用SIP協(xié)議通信模塊向SIP發(fā)起終端返回480 temporarily unavailable SIP消息報(bào)錯(cuò)，此次SIP通信以出錯(cuò)無(wú)法進(jìn)一步進(jìn)行的方式全部結(jié)束。

整個(gè)過(guò)程中核心控制模塊最重要的功能就是在最開(kāi)始根據(jù)當(dāng)前的負(fù)載情況決定是否接受新的橋接請(qǐng)求，而后將SIP協(xié)議通信模塊協(xié)商好的RTP流參數(shù)傳遞給RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊，同時(shí)更新當(dāng)前負(fù)載情況。

4 系統(tǒng)運(yùn)行

本系統(tǒng)的主要功能就是實(shí)現(xiàn)將從IPv4網(wǎng)絡(luò)中接收到的RTP流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到指定IPv6的主機(jī)上。因此需要對(duì)RTP流轉(zhuǎn)發(fā)模塊進(jìn)行單獨(dú)的測(cè)試。首先在實(shí)驗(yàn)室中利用路由器的LAN口將三臺(tái)計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，然后利用DHCP服務(wù)器獲取各自的地址。然后在第一臺(tái)機(jī)器上將RTP流通過(guò)IPv4協(xié)議發(fā)送到橋接服務(wù)器的5555端口上。利用audiotestsrc元件產(chǎn)生發(fā)出頻率為1000Hz的音頻包，然后經(jīng)過(guò)mu-law元件的的編碼后通過(guò)RTP流將編碼好的音頻數(shù)據(jù)發(fā)送到橋接服務(wù)器的5555端口上。

通過(guò)一系列的演示可知，系統(tǒng)成功將SIP目的終端發(fā)送的音頻數(shù)據(jù)通過(guò)IPv6協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到SIP目的終端。在充當(dāng)SIP目的終端的機(jī)器上用工具也可以聽(tīng)到所發(fā)送的音頻信號(hào)。但是由于橋接服務(wù)器的處理，信號(hào)也出現(xiàn)了間斷的信號(hào)丟失，這一方面是因?yàn)楸旧硇盘?hào)源發(fā)生端的一些Bug和GStreamer架構(gòu)本身在低端機(jī)器上對(duì)音頻信號(hào)的處理效率不高所致，需要進(jìn)行底層的改進(jìn)。但SIP通信橋接服務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到所要求的將RTP流成功轉(zhuǎn)發(fā)的功能，而且演示效果達(dá)到預(yù)期的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段基本實(shí)現(xiàn)了IPv4網(wǎng)絡(luò)中SIP通信終端與IPv6網(wǎng)絡(luò)SIP通信終端的簡(jiǎn)單通信，但是對(duì)于實(shí)際中的SIP通信而言執(zhí)行效率還不夠好，特別是對(duì)于語(yǔ)音和視頻通信而言抖動(dòng)、延遲、包流失率都比較高，而且由于IPv4網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)的不同，需要今后在該SIP橋接服務(wù)系統(tǒng)加入對(duì)Qos的細(xì)節(jié)處理。因此需要做大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取實(shí)際的Qos等參數(shù)的最佳調(diào)節(jié)的系數(shù)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同環(huán)境和設(shè)備終端能夠智能采用最佳參數(shù)。而且由于開(kāi)發(fā)時(shí)間較短沒(méi)有實(shí)現(xiàn)各模塊之間細(xì)節(jié)參數(shù)的自動(dòng)傳遞，需要在運(yùn)行過(guò)程中手動(dòng)設(shè)置通信參數(shù)，因此今后需要完善該功能。

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ResearchofNetworkBridgingTechnologyBasedontheSIPandIPv6

Zhou Yi
（Shanghai Pudong Development Bank,Shanghai 200120,China）

As IPv4 network protocol and the IPv6 network protocol are relatively independent and incompatible,even if the new equipment supports the IPv6 protocol,they can only communicate with each other within the IPv6 network and cannot directly talk to other SIP endpoints in IPv4 network.Moreover,most of the equipments in the world currently only support IPv4 protocol.In this paper,in order to achieve SIP communication between the IPv4 network and IPv6 network,we research the SIP communication bridge service system of the whole framework and the relatively independent function modules.Finally the running effect of the SIP bridge server demo is shown,mainly for RTP stream data caught demonstration,that the system has a completed RTP stream data,from IPv4 network forwarding to the IPv6 network.

Hybrid network；Bridge；The bridge of communication；Network communication；Load balance；Data forwarding

10.3969/j.issn.1002-2279.2017.03.006

TN914

B

1002-2279-（2017）03-0026-04

周誼（1977-），男，浙江省寧波市人，工程師，主研方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

2016-11-16