SIP協議（基礎技術知識）

SIP（Session InitiationProtocol）協議是Internet多媒體通信和控制協議體系的一部分，該協議族包括會話描述協議(SDP)、會話發布協議(SAP)和會話啟動協議(SIP)。會話描述協議用于描述會話發布、會話邀請以及其他形式的多媒體會話。會話發布協議就是用于處理多播和單播會話，描述分組的協議，它定義了會話目錄傳送所使用的封裝分組的格式。會話啟動協議用于建立啟動、維持和終止有一個或多個參與者的多媒體會話或呼叫。其他協議包括用于預留網絡帶寬資源的RSVP、用于多媒體數據傳輸并提供QoS反饋的RTP/RTCP、用于多媒體流數據分發控制的RTSP。而且將來隨著該體系結構的不斷發展和完善，還會有其他新的協議產生，加入該協議體系。但SIP協議所規范的操作以及相應的功能獨立于其他協議。這種會話可以是話音、視頻、文字聊天、交互游戲，甚至虛擬現實等。SIP是一個基于文本的協議，類似于HTTP和SMTP。SIP協議借鑒web業務成功的經驗，以現有的Internet為基礎來構架IP電話業務網。SIP有著與H.323完全不同的設計思想，它要求網絡的核心設備只有很少的智能或沒有智能，網絡的智能推向邊緣。SIP系統中核心網絡服務器不保留狀態，因為核心網絡服務器需要處理大量的呼叫，不保留每一呼叫的狀態，將大大提高系統的處理能力。邊緣網絡設備有狀態，業務網的管理功能也由邊緣網絡設備來完成。這種stateless和stateful結合的模式既可以充分發揮SIP的特點(如用戶定位和查找)，又保留了Internet無連接數據報傳送的設計思路。與H.323協議為基礎的IP電話相比，SIP協議需要相對智能的終端。終端需要包含用戶代理客戶機和用戶代理服務器兩部分，由這兩部分實現呼叫請求、呼叫應答和一些用戶的特定需要，正是因為SIP系統有了相對智能的終端系統，所以它才有可能實現用戶個性化的需要。
對于用戶終端是非智能終端的場合，也可以使用SIP協議作為呼叫信令，但這將大大削弱SIP協議特有的優勢，如支持用戶的移動性、用戶對來話的選擇性以及與web相結合的一些應用。以普通電話為終端的使用SIP協議的IP電話網絡由普通電話、PSTN網、網關、IP網絡組成。其中網關設備應兼有UAC和UAS的功能，這時相當于將智能用戶終端向網絡中間推移，由網關實現智能終端的功能。但在這種情況下，SIP協議所支持的用戶個性化特點將大大地被削弱，因為在這種情況下，網關需要為多個用戶服務而不是為單個用戶設計。

SIP協議一方面借鑒了其它Internet的標準和協議的設計思想，在風格上遵循Internet一貫堅持的簡練、開放、兼容和可擴展等原則。另一方面，它也考慮了對傳統公眾電話網的各種業務，包括IN智能網業務和ISDN綜合業務數字網業務的支持，它也支持“個人移動”。SIP支持多媒體通信的五種信令功能：用戶定位（確定參與通信的終端）；用戶通信能力的協商（確定通信的媒體類型和參數）；用戶意愿的交互（確定被叫是否愿意參與通信）；建立呼叫（包括向被叫“振鈴”，確定主叫和被叫的呼叫參數）；呼叫處理和控制（包括呼叫重定向、呼叫轉移、咨詢呼叫、中止呼叫等）。

SIP網絡的基本結構由用戶代理和IP網絡組成。其中IP網絡包含SIP系統所必需的各種網絡服務器。用戶代理有用戶代理客戶機（UAC）和用戶代理服務器（UAS），其中用戶代理客戶機用于發起呼叫，而用戶代理服務器則用于響應呼叫。用戶代理客戶機和代理服務器構成了用戶端必備的應用程序，由這兩個應用程序完成呼叫的發起和接收。網絡服務器也有兩類，它們是代理服務器（proxy）和重定位服務器（redirect）。代理服務器類似于HTTP的proxy和SMTP的MTA（MessageTransferAgent），它本身并不對用戶請求進行響應，只是轉發用戶的呼叫請求，然后將自身地址加入該消息的路徑頭部分，以保證將響應按原路返回并防止環路的發生。重定位服務器非常類似于DNS，它收到用戶的請求后，若判定自身不是目的地址，則向用戶響應下一個應訪問服務器的地址，而不是轉發請求報文。一次正常接續的流程是：
1）UAC向網絡服務器（proxy或redirect）發出呼叫請求；
2）網絡服務器（proxy或redirect）通過名字查找，用戶定位，最終找到被叫UAS；
3）被叫UAS響應用戶請求（拒絕或接受請求），該響應沿原路返回；
4）主叫UAC收到響應后，接通被叫或者終止這次呼叫請求。
與SIP系統可以類比的是Web系統，Web系統也是一個將智能分散到邊緣的系統。在Web系統中，WebServer是沒有智能或只有很低的智能，它的全部工作是：接收來自用戶的URL(相當于文件系統的文件名)，根據URL查出相應文件，再將文件發給用戶。它不記錄用戶的檢索過程，不保留用戶狀態。因而它能處理的用戶數大大多于傳統信息檢索數據庫能處理的用戶數。但不保留狀態，無法實現集中管理。在Web系統中，實現計費、監視等集中管理功能極為困難。與Web系統類同的SIP系統也一樣，SIP系統同樣無法實現對系統中設備及用戶狀態的監視、控制與管理。因此SIP有其適用范圍，SIP協議更適用于以現有松散型Internet為基礎，核心網絡設備不具有智能或極少智能，智能集中于邊端用戶設備的場合。對于要求集中管理的電話網，SIP協議是不合適的。

3 SIP和H.323協議的對比

信令協議是實現IP電話的關鍵，信令協議需要完成的功能可歸納為以下幾方面：
用戶定位：當A要與B通話時，A首先應查明B在網絡的位置，這樣才能發起會話建立請求。在不同時間用戶可能在不同位置，在同一時間也可能通過多種方式聯系。對于不具有固定IP地址的用戶，用戶定位功能非常重要，因為幾乎所有的Modem連接都是動態分配IP地址的。
會話參與者管理：在通話期間，可加入新成員，舊成員也可退出會話。
會話能力協商和調整：多媒體會話可能由音頻、視頻、共享的應用程序等多個媒體流組成，每個媒體流可能采用不同的語音、視頻壓縮算法，也可能使用不同的多播或單播地址和端口。這樣希望參與會話者能進行協商，決定會話參數，并要求能在會話期間動態調整參數。
呼叫處理：具有呼叫轉移、呼叫保持、群呼等功能。

SIP和H.323作為IP電話的信令協議，分別是通信領域與Internet領域兩大陣營推出的建議，它們的區別有以下幾點：

從信令協議的出發點來看，H.323試圖把IP電話當作是眾所周知的傳統電話，只是傳輸方式發生了改變，由電路交換變成了分組交換。而SIP協議側重于將IP電話作為Internet上的一個應用，較其他應用(如FTP、E-mail等)增加了信令和QoS的要求。它們支持的業務集基本相同，也都利用RTP作為媒體傳輸的協議。

從消息的編碼方法來看，H.323采用基于ASN.1和壓縮編碼規則的二進制方法表示其消息。ASN.1通常需要特殊的代碼生成器來進行詞法和語法分析。而SIP是基于文本的協議，類似于HTTP。基于文本的編碼意味著頭域的含義是一目了然的，如From、To、Subject等域名。這種幾乎不需要復雜的文檔說明的標準規范風格，其優越性已在過去的實踐中得到了充分的證明。

從會話能力的協商和調整方法來看，H.323是采用H.245協議來進行能力協商的會話控制的，而SIP的能力協商采用SDP(SessionDescriptionProtocol)進行描述，SDP中的每一項的格式為<type>=<value>，也比較簡單。

從會話管理的方式來看，H.323由于由多點控制單元(MCU)集中執行會議控制功能，所有參加會議的端點都向MCU發送控制消息，MCU可能會成為瓶頸，特別是對于具有附加特性的大型會議；并且H.323不支持信令的多播功能，其單播功能限制了可擴展性，降低了可靠性。而SIP設計上就為分布式的呼叫模型，具有分布式的多播功能。其多播功能不僅便于會議控制，而且簡化了用戶定位、群組邀請等，并且能節約帶寬。但H.323的集中控制便于計費，對帶寬的管理也比較簡單、有效。

在補充業務方面，H.323中定義了專門的協議用于補充業務，如H.450.1、H.450.2和H.450.3等。SIP并未定義專門的協議用于此目的，但它能很方便地支持補充業務或智能業務。只要充分利用SIP已定義的頭域，并對SIP進行簡單的擴展，就可以實現這些業務。對于通過擴展頭域較難實現的一些智能業務，可在體系結構中增加業務代理，提供一些補充服務或與智能網設備的接口。

另外，H.323中的呼叫建立過程涉及到三條信令信道：RAS信令信道、呼叫信令信道和H.245控制信道。通過這三條信道的協調才使得H.323的呼叫得以進行，呼叫建立時間很長。在SIP中，會話請求過程和媒體協商過程等一起進行。盡管H.323v2已對呼叫建立過程做了改進(H.245控制消息可以通過用H.225.0呼叫信道隧道來傳送)，但較之SIP只需要1.5個回路時延來建立呼叫，仍是無法相比的。

H.323的呼叫信令信道和H.245控制信道需要可靠的傳輸協議，而SIP獨立于低層協議，一般使用UDP等無連接的協議，用自己應用層的可靠性機制來保證消息的可靠傳輸。

總之，H.323沿用的是傳統的實現電話信令的模式，比較成熟，已經出現了不少H.323產品。H.323符合通信領域傳統的設計思想，進行集中、層次式控制，采用H.323協議便于與傳統的電話網相連。SIP協議借鑒了其他Internet的標準和協議的設計思想，在風格上遵循Internet一貫堅持的簡練、開放、兼容和可擴展等原則，比較簡單，但推出的時間不長，協議并不是很成熟。它的優點是同Internet結合，可以很方便地生成新的業務，如Web呼叫點擊撥號等。但是SIP協議需要相對智能的終端。

4 網關控制協議

媒體網關控制協議是為了解決目前IP電話網關負擔過重，不能滿足未來容量和業務擴展的要求而設計的。Arango和Huitema提出了VoIP的新的體系結構，它把網關分解為三部分：媒體網關(MG)負責媒體變換以及PSTN和IP兩側通路的連接。信令網關(SG)負責信令轉換。媒體網關控制器(MGC)負責根據接收到的信令控制媒體網關的連接建立和釋放。這個體系結構的先進之處在于實現了呼叫和承載控制的相分離，而在這兩個分離的單元之間需要定義新的協議，MGCP(MediaGateway Control Protocol)就是這個接口上的一個較通用的協議，后來IETF MeGaCo工作組和ITU-T16研究組在MGCP的基礎上提出了H.248協議，對MGCP進行了擴展。MGCP屬于應用層控制協議，主要完成MGC對MG的控制，以實現網絡中MG之間的連接，并且處理MG與MGC的交互。

MGCP與H.323和SIP不是同一層面的，H.323建議和SIP協議提出了兩套IP電話體系結構。兩者是完全獨立的，它們是互不兼容的，只是存在互通問題。MGCP不涉及IP電話的體系結構，它只涉及網關分解問題，因而它不僅可能用于H.323IP電話系統，也可以用于SIPIP電話系統。在網關分解的標準化方面，IETF和ITU-T配合得很好，在兩大組織協調下，目前一個正式標準已經完成，這就是H.248建議/MAGOCO，H.248建議從基本上思路來說與MGCP是一致的。但在H.248中引入了context概念，另外增加了許多Package的定義。從而將MGCP大大推進了一步。H.248建議已經取代了MGCP，而成為MGC與MG之間的協議標準了。
網關分解成媒體網關(MG)與媒體網關控制器(MGC)是研制大型電信級的IP電話網關的需要。從邏輯上來講很簡單，網關可以由媒體網關和媒體網關控制器組成。從物理上來講就沒有那么簡單了，實際上到目前為止，網關的分解并沒有一種確定的方式，而是根據不同的需求而作不同的分解。

媒體網關控制器的功能是處理與網守間的H.225RAS消息、處理7號信令(可選)、處理H.323信令(可選)。媒體網關的功能是IP網的終結點接口、電路交換網終結點接口、也可以處理H.323信令和帶有FAS功能的電路交換信令(在某類分解中)、處理媒體流。

四、結束語

隨著IP電話技術的不斷發展、完善和成熟，可以利用IP承載網絡來實現IP通信。由于IP電話交換的本質就是軟交換，而軟交換是下一代通信網絡的關鍵設備，因此IP電話技術的前景廣闊。將來在IP電話網絡上不僅能提供話音業務，還可以提供各種數據業務和更多的增值服務，將來真正實現“三網合一，統一于網絡”。

總結

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