浅析SIP协议

摘　要　SIP协议是下一代网络通信的核心协议之一，本文通过H.323协议簇和SIP协议进行比较，重点分析SIP协议。SIP协议由于其简单、易于扩展、便于实现等诸多优点，逐渐成为NGN（下一代网络）和3G领域的重要协议。

关键词　H.323　SIP　NGN

虽然H.323作为一个协议来说已经比较成熟了，但是，该协议缺少兼容多家厂商设备的功能。目前企业中大多数VoIP应用都使用H.323协议，但是，随着越来越多的企业研究SIP协议，不久的将来基于SIP协议的VoIP必将迅速发展。

1　H.323协议簇

1.1　基本概念

H.323是ITU-T第16工作组的建议，H.323由一组协议构成，其中有负责音频与视频信号的编码、解码和包装，有负责呼叫信令收发和控制的信令，还有负责能力交换的信令。1999年7月前，多数系统是基于H.323第二版的，而在此之后，H.323第三版开始应用。H.323是个框架性的协议，由系列协议组成，包括：H.225、H.245、G.711、G.723.1、G.729等。

1.2　基本功能

目前我国网上使用的H.323协议基本上是第二版本的。针对信令方面主要为H.225、H.245。

1.2.1　H.225协议的功能

（1）RAS信令功能：就是采用H.225中的消息在端点和网守之间实现注册、接入许可、带宽修改、状态和拆除程序。

（2）呼叫信令功能： 采用H.225呼叫信令在H.323端点之间建立连接，包括呼叫建立和拆除等流程。

1.2.2　H.245协议的功能

（1）控制功能：H.245控制功能采用H.245控制通路交换端到端控制信息，从而保证H.323实体的运作，其中包括能力交换、打开/关闭逻辑 通路模式选择、流控消息、一般命令和指示。H.245信令在两个端点和一个网守之间建立。端点必须为其参与的每个呼叫建立正确的H.245控制通路，这个 通路必须使用H.245消息和流程。

（2）H.245的能力交换：指提供独立的接收和传送功能。

（3）逻辑通路信令。每个逻辑通路承载从一个发送方至另一个或多个接收方的信息。

（4）模式选择。接收方可以使用requestMode 消息请求发送方发送一个特定模式。

（5）主从决定。主从决定主要是解决冲突问题。

2　SIP 协议

2.1　基本概念

SIP（Session Initiation Protocol，会话发起协议）是由IETF提出的IP电话信令协议。它的主要目的是为了解决IP网中的信令控制，以及同软交换的通信，从而构成下一代的增值业务平台，对电信、银行、金融等行业提供更好的增值业务。其结构图如图1所示。

2.2　基本功能

SIP的基本功能有5种：用户定位、用户能力、用户可用性、呼叫建立和呼叫处理。

2.3　SIP组件

2.3.1　体系结构

SIP是基于客户机/服务器结构的。基本分为用户代理和网络服务器，网络结构如图2所示。

（1）用户代理：用户代理客户端、用户代理服务器。

（2）网络服务器：代理服务器、重定向服务器、注册服务器、位置服务器。

2.4　SIP消息

SIP消息分为两大类：请求和响应。响应又分为最终响应和临时响应。

2.4.1　请求消息

请求消息分为6种：INVITE、ACK、BYE、CANCEL、REGISTER和OPTIONS。

2.4.2　响应消息

响应消息分为6类：1xx Informational（通知）、2xx Successful（成功）、3xx Redirection（重定向）、4xx Request Failure（请求失败）、5xx Server Failure（服务失败）、6xx Global Failures（全局错误）。

2.5　SIP操作

SIP操作包括：SIP服务器定位、SIP事务、SIP 邀请、用户定位和注册服务。

2.5.1　SIP服务器定位

客户在发起呼叫时，需要将请求发送到本地配置的独立于Request-URI的SIP服务器或者由 Request-URI 标识的IP地址和端口。

2.5.2　SIP事务

一个SIP事务存在于一个客户与一个服务之间，由所有的（从最初的请求到最后的应答）消息组成。

一个事务只对应于一个呼叫，由Call-ID标识。所有对于一个请求的应答都包含相同的Call-ID、CSeq、To、From域（或其他包含的值）。 客户机与服务器之间的每一个Call-ID只能有一个未结束的事务。

2.5.3　SIP邀请

SIP会话由INVITE方法发起，通常情况下，INVITE包括会话描述（一般使用SDP格式），为被叫提供足够的会话信息；如果被叫同意加入会话，主叫就发送ACK方法确认呼叫成功；如果被叫拒绝加入会话或产生其他错误，主叫则发送BYE方法指示呼叫失败。

2.5.4　SIP用户定位

考虑到用户可以在不同终端移动，SIP提供了定位功能。用户可以在SIP服务器或位置服务器注册其位置信息，一个用户可以注册到不同的位置。位置服务器可以采用其他协议。位置服务器可以解析出零个或多个可能位置，这些位置可以按照成功访问的概率来存储。

2.5.5　SIP注册服务

用户在发起会话前，首先应到注册服务器注册。注册使用REGISTER方法。注册服务器通常将用户注册的地址信息保存在位置服务器，这样使代理服务 器或者重定向服务器就知道那些地址是可以到达的。注册信息是随时刷新的（默认周期是1h），所以用户每隔一段时间都应主动注册。注册服务一般伴随其他功 能，如提供用户鉴权功能，或者通过注册服务安装呼叫处理程序或第三方应用。

2.5.6　改变现有会话

当需要改变现有会话参数的时候，可以通过重发INVITE来实现。重发INVITE时应该使用相同的Call-ID，但使用新的或不同的消息头或消息体来传送新的信息。这条再次发送INVITE 必须比以前的请求拥有高的 CSeq。

2.6　SIP的注册服务与鉴权

SIP注册服务的目的是使SIP客户机能够使用SIP服务器提供的服务，或使之失效。在注册请求中，客户机将提供包含在Contact域中的一个或 几个地址给注册服务器。这样代理服务器就可以使用注册信息进行IP电话的路由。同时，注册也可以提供鉴权服务。如果不提供鉴权服务，冒名顶替者就可以截听 任何人的电话。

3　H.323与SIP的比较

首先进行类比的是，SIP的UA等价于一个H.323的终端（或者包交换网络侧的网关）， SIP服务器则等价于H.323的网守。另外，SIP类似H.323中的RAS和Q.931协议，而SDP则相当于H.245。在IETF的SIP体系结 构中，媒体流的承载采用了RTP协议，这是和H.323一样的。所以，H.323与IETF的SIP主要的不同在于呼叫信令和控制是如何实现的。

3.1　基本呼叫的建立和拆除

H.323第二版的呼叫建立是基于可靠的传输协议，所以呼叫建立需要两个连接阶段：TCP连接和呼叫连接。而在H.323第三版，支持TCP和 UDP，它简化了呼叫建立过程。SIP的呼叫建立类似H.323第三版的处理过程，用INVITE信息包（可建立在UDP上）。呼叫拆除的过程与呼叫建立 相反，主叫和被叫都能通过RELEASE[COMPLETE]（H.323中用）或BYE（SIP中用）。

3.2　呼叫控制业务

SIP和H.323都支持呼叫保持、呼叫转移、呼叫前转、呼叫等待、电话会议和其他补充业务。以呼叫保持为例：H.323定义了近点呼叫保持和远点 呼叫保持两种保持业务的场景，两者都可带网守或不带。网守仅仅透明地传送SS-HOLD。而SIP实现同样的功能，只要向需要呼叫保持的一方发送一个更改 了SDP描述的INVITE命令即可。更改的SDP描述段仅将媒体发送的目的地址变为空<0.0.0.0>，而其他的内容不变。收到该用户的 UA，让呼叫保持，直到有新的INVITE到来为止。

3.3　SIP的第三方控制

第三方控制是指不参与会话的第三者具有建立呼叫的能力，这个业务特征目前只有SIP具有，由于SIP的这一特性，ITU-T和IETF在实现 PINT（IN和因特网互通）业务时都采用了SIP协议。能力交换的就是彼此交流各自对媒体流的处理能力，确定双方共有的能力，从而确保多媒体信号被双方接受。H.323采用H.245协议进行能力交换。SIP使用SDP来进行能力交换，主叫方使用一个OPTION需求去找出被叫，当前，SIP还不如H.245有完整灵活的协商能力，因为受制于SDP的表达方式。

3.4　服务质量

服务质量包含很多不同方面的指标，一个和多媒体流相关的QoS参数包括带宽、最大时延、时延抖动和包丢失率等。本文仅从考察呼叫建立时延和环路检测进行比较。

1. 呼叫建立时延

H.323第一版在呼叫建立时时延很大。第二版大大改进，而第三版则更好。SIP在呼叫建立时非常类似于H.323第三版，然而，如果UDP呼叫建 立失败，则H.323第三版要好于SIP，H.323第三版几乎同时建立一个UDP的连接和一个TCP连接，它提供一个有效的机制，如果UDP连接成功则 关闭TCP连接；否则，立刻启用TCP。SIP是顺序地操作UDP和TCP，如果UDP失败，则会增加呼叫建立时延。对于H.323如果网络质量比较好的 情况下，TCP连接就浪费了。

2. 环路检测

为防止环路，H.323定义PathValue域来指出信令信息在丢弃前可达到的最大数目。问题是定义一个适用的值很关键。其次，网络变化后，这个 值也要改。SIP采用了via头字段，检查其内容，如果新端点已出现在via列表中，则表示有环路了。SIP的方法好于H.323。但是via要占用很多 空间。

3.5　实现的难易性

H.323信令信息是符合ASN.1的二进制编码。需要特殊的编解码器。SIP信息是基于文本的，采用ISO 10646以UTF-8 编码。基于文本的编码很容易用Java、TCL和Perl等语言来实现，调试方便。

4　总结

综上所述，SIP协议由于其简单、易于扩展、便于实现等诸多优点越来越得到通信业界的青睐，正在成为NGN（下一代网络）的核心协议之一，而且SIP协议已经被3GPP工作组定义为第三代移动通信系统的信令协议以提供IP多媒体服务。虽然SIP协议目前还不完善，但SIP协议必将促进未来网络通信的迅猛发展。