SIP協議

本文轉載自查看原文 2021-05-27 11:45 277 流媒體/ SIP

1、簡介

SIP（Session Initiation Protocol，會話初始協議）是由IETF（Internet Engineering Task Force，因特網工程任務組）制定的多媒體通信協議。廣泛應用於CS（Circuit Switched，電路交換）、NGN（Next Generation Network，下一代網絡）以及IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統）的網絡中，可以支持並應用於語音、視頻、數據等多媒體業務，同時也可以應用於Presence（呈現）、Instant Message（即時消息）等特色業務。所有說，有IP網絡的地方就有SIP協議的存在。

SIP協議與HTTP類似，SIP可以減少應用特別是高級應用的開發時間。

2、SIP消息的兩種會話模式

在SIP IM通信應用中，一般存在兩種會話模式：

Session Model
Pager Model

2.1 Session Model

會話中，對於消息體內容大於1300字節時，一般采用Session Model。其會話建立過程（整個流程稱為一個Dialogue）如下圖所示：

主叫方A呼叫被叫方B：

步驟1：主叫方A發送INVITE請求到代理服務器；
步驟2：代理服務器發送100 Trying 響應主叫方A；
步驟3~6：代理服務器搜索被叫方B的地址，獲取地址后轉發INVITE請求；
步驟7~9：被叫方B生成的180 振鈴響應，返回給主叫方A；
步驟10~12：被叫方B生成的200 OK響應，返回給主叫方A；
步驟13~17：主叫方A收到被叫方B200 OK響應后，向被叫方B發送一個ACK，會話建立；
步驟18~20：會話結束后，任何參與者（A或B）都可以發送一個BYE請求來終止會話；
步驟21~23：主叫方A發送200 OK響應來確認BYE，會話終止。

2.2 Pager Model

在Sip消息中，對於消息體不大於1300字節時，一般采用Pager Model。Sip消息通信中采用MESSAGE方法，MESSAGE方法本身並不建立Dialog，在多數應用中，每條IM消息都是獨立的，頗似分頁消息。

MESSAGE方法的由來

RFC3428對Sip協議進行了擴展，在Sip協議中增加了MESSAGE請求方法。采用Pager Model進行通信，傳遞不超過1300字節的數據。MESSAGE方法詳細可參考 “SIP-RFC3428” https://tools.ietf.org/html/rfc3428 。

MESSAGE方法消息體

當User1想給User2發送IM消息時，只需構造一個MESSAGE，發出去即可。

對於其消息體body可以是任何MIME格式。但必須支持plain/text格式，可以選擇支持message/cpim、message/sdp格式，可能用message/cpim會好一點，因為已有的IM系統標准是message/cpim格式。

Pager Model請求流程

以User1向User2發送MESSAGE消息為例：

步驟1：User1發送MESSAGE請求到代理服務器；
步驟2：代理服務器轉發User1的MESSAGE請求給USER2；
步驟3：User2收到User1的消息后，回復200 OK給代理服務器；
步驟7~9：代理服務器轉發200 OK回復給User1

3、SIP消息格式

SIP消息體結構與Http協議結構相似，均由三部分組成：

請求行(request-line) or 狀態行(status-line)
消息頭(header)
正文(body)

3.1 請求行

請求行格式：

Method Request-URI SIP-Version CRLF

請求行舉例：

INVITE sip:bob@zte.com SIP/2.0 /r/n

Method

以下列出了幾種消息Method方法：

Request-URI

指示請求的用戶或者服務的地址信息。

SIP-Version

請求和響應消息都需要包含SIP版本信息。

3.2 狀態行

狀態行格式：

SIP-Version Status-Code Reason-Phrase CRLF

狀態行舉例：

SIP/2.0 200 OK /r/n

Status-Code狀態碼：

狀態代碼由3位數字組成，表示請求是否被理解或被滿足。狀態代碼的第一個數字定義了響應的類別，后面兩位沒有具體的分類。第一個數字有五種可能的取值：

常用的狀態碼舉例：

3.3 消息頭

發送MESSAGE消息給user2

MESSAGE sip:user2@domain.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com;branch=z9hG4bK776sgdkse
Max-Forwards: 70
From: sip:user1@domain.com;tag=49583
To: sip:user2@domain.com
Call-ID: asd88asd77a@1.2.3.4
CSeq: 1 MESSAGE
Content-Type: text/plain
Content-Length: 18

user2, come here.

Header 字段含義說明：

4、SIP消息舉例

4.1 MESSAGE消息（Pager Model）

以User1發送MESSAGE消息給user2為例：

步驟1：User1發送MESSAGE請求到代理服務器

MESSAGE sip:user2@domain.com SIP/2.0

Via: SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com;branch=z9hG4bK776sgdkse
Max-Forwards: 70
From: sip:user1@domain.com;tag=49583
To: sip:user2@domain.com
Call-ID: asd88asd77a@1.2.3.4
CSeq: 1 MESSAGE
Content-Type: text/plain
Content-Length: 18

user2, come here.

步驟2：代理服務器轉發User1的MESSAGE請求給USER2，代理服務器收到步驟1請求，到數據庫中查找User2（注冊過程中生成數據庫），隨后生成步驟2的數據。

MESSAGE sip:user2@domain.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/TCP proxy.domain.com;branch=z9hG4bK123dsghds
Via: SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com;branch=z9hG4bK776sgdkse;received=1.2.3.4
Max-Forwards: 69
From: sip:user1@domain.com;tag=49394
To: sip:user2@domain.com
Call-ID: asd88asd77a@1.2.3.4
CSeq: 1 MESSAGE
Content-Type: text/plain
Content-Length: 18

user2, come here.

步驟3：User2收到User1的消息后，回復200 OK給代理服務器。直接回應（200-OK）沒有Body，也不攜帶Contact頭域。

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/TCP proxy.domain.com;branch=z9hG4bK123dsghds;received=192.0.2.1
Via: SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com;;branch=z9hG4bK776sgdkse;received=1.2.3.4
From: sip:user1@domain.com;tag=49394
To: sip:user2@domain.com;tag=ab8asdasd9
Call-ID: asd88asd77a@1.2.3.4
CSeq: 1 MESSAGE
Content-Length: 0

步驟4：代理服務器轉發200 OK回復給User1。代理服務器收到回復后，去掉最頂端的Via，轉發如下消息給User1。

SIP/2.0 200 OK

Via: SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com;branch=z9hG4bK776sgdkse;received=1.2.3.4
From: sip:user1@domain.com;;tag=49394
To: sip:user2@domain.com;tag=ab8asdasd9
Call-ID: asd88asd77a@1.2.3.4
CSeq: 1 MESSAGE
Content-Length: 0

4.2 REGISTER消息

4.2.1 非鑒權注冊消息

192.168.2.161機器發送注冊消息給192.168.2.89服務器：

REGISTER sip:192.168.2.89 SIP/2.0

Via: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:10586
Max-Forwards: 70
From: <sip:01062237496@192.168.2.89>;tag=ca04c1391af3429491f2c4dfbe5e1b2e;epid=4f2e395931
To: <sip:01062237496@192.168.2.89>
Call-ID: da56b0fab5c54398b16c0d9f9c0ffcf2@192.168.2.161
CSeq: 1 REGISTER
Contact: <sip:192.168.2.161:10586>;methods="INVITE, MESSAGE, INFO, SUBSCRIBE, OPTIONS, BYE, CANCEL, NOTIFY, ACK, REFER"
User-Agent: RTC/1.2.4949 (BOL SIP Phone 1005)
Event: registration
Allow-Events: presence
Content-Length: 0

當注冊成功（回送200 OK）時，服務器發送的res消息參考如下：

SIP/2.0 200 OK

Via: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:10586
From: <sip:01062237496@192.168.2.89>;tag=ca04c1391af3429491f2c4dfbe5e1b2e;epid=4f2e395931
To: <sip:01062237496@192.168.2.89>;tag=-00834-14d0805b62bc026d
Call-ID: da56b0fab5c54398b16c0d9f9c0ffcf2@192.168.2.161
CSeq: 1 REGISTER
Allow: INVITE,ACK,OPTIONS,BYE,CANCEL,REGISTER,INFO,UPDATE,PRACK,REFER,SUBSCRIBE,NOTIFY,MESSAGE
Contact: sip:192.168.2.161:10586
Content-Length: 0
Expires: 3600

4.2.2 鑒權注冊消息

當需要鑒權注冊時

請求端192.168.2.161發送注冊消息給192.168.2.89服務器
服務器對192.168.2.161發送“401 Unauthorized”信息給請求端，提示請求端需要帶上鑒權信息重新注冊
請求端帶上鑒權信息后（帶有“Authorization”頭字段）重新向服務器注冊
服務器驗證鑒權頭的正確性，如果鑒權成功，給請求端發送200 OK消息。若失敗，繼續發送401消息。

步驟一：

請求端192.168.2.161發送注冊消息給192.168.2.89服務器

REGISTER sip:192.168.2.89 SIP/2.0

Via: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:8021
Max-Forwards: 70
From: <sip:01062237493@192.168.2.89>;tag=efca469543ce4788a6a6a2c7b66cd01f;epid=de4504430d
To: <sip:01062237493@192.168.2.89>
Call-ID: c88a247a74b54a8c9e676bdde3bba6c9@192.168.2.161
CSeq: 1 REGISTER
Contact: <sip:192.168.2.161:8021>;methods="INVITE, MESSAGE, INFO, SUBSCRIBE, OPTIONS, BYE, CANCEL, NOTIFY, ACK, REFER"
User-Agent: RTC/1.2.4949 (BOL SIP Phone 1005)
Event: registration
Allow-Events: presence
Content-Length: 0

步驟二：

服務器對192.168.2.161發送401 Unauthorized信息給請求端，提示請求端需要帶上鑒權信息重新注冊：

SIP/2.0 401 Unauthorized

Via: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:8021
From: <sip:01062237493@192.168.2.89>;tag=efca469543ce4788a6a6a2c7b66cd01f;epid=de4504430d
To: <sip:01062237493@192.168.2.89>;tag=-001893-38ba013ba3dde36e
Call-ID: c88a247a74b54a8c9e676bdde3bba6c9@192.168.2.161
CSeq: 1 REGISTER
Allow: INVITE,ACK,OPTIONS,BYE,CANCEL,REGISTER,INFO,UPDATE,PRACK,REFER,SUBSCRIBE,NOTIFY,MESSAGE
Contact: <sip:192.168.2.89:14010>
Content-Length: 0
WWW-Authenticate: Digest realm="192.168.2.89", qop="auth", nonce="e17d377c3d2d9c343e26576a7fd04738481dfc10", opaque="", stale=FALSE, algorithm=MD5

注：

這里192.168.2.89服務器帶了一個WWW-Authenticate頭。里面告知了如下幾個重要的信息：

algorithm ：加密方式采用MD5
nonce：服務器生成的隨機值
realm：域名

步驟三：

請求端192.168.2.161通過Authorization頭字段帶上鑒權頭信息，發送一個新的REGISTER消息：

REGISTER sip:192.168.2.89 SIP/2.0

Via: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:8021
Max-Forwards: 70
From: <sip:01062237493@192.168.2.89>;tag=efca469543ce4788a6a6a2c7b66cd01f;epid=de4504430d
To: <sip:01062237493@192.168.2.89>
Call-ID: c88a247a74b54a8c9e676bdde3bba6c9@192.168.2.161
CSeq: 2 REGISTER
Contact: <sip:192.168.2.161:8021>;methods="INVITE, MESSAGE, INFO, SUBSCRIBE, OPTIONS, BYE, CANCEL, NOTIFY, ACK, REFER"
User-Agent: RTC/1.2.4949 (BOL SIP Phone 1005)
Authorization: Digest username="01062237493", realm="192.168.2.89", qop=auth, algorithm=MD5, uri="sip:192.168.2.89", nonce="e17d377c3d2d9c343e26576a7fd04738481dfc10", nc=00000001, cnonce="12660455546344082314666316435946", response="f57e47ce03162293b9ced07362ce2b79"
Event: registration
Allow-Events: presence
Content-Length: 0

注：

這里比第一次REGIETER消息多了Authorization頭。其中：

algorithm：加密方式采用MD5（同401）。
nonce：服務器生成的隨機值（同401）。
realm：域名（同401）。
username：用戶名，這里等同於注冊號碼。
cnonce：注冊端生成的隨機值。
url：SIP注冊時的url。
nc：nonce-count，請求的計數。
response：加密后的密碼。

FreeSWITCH加密密鑰生成流程：

其中服務器響應信令如下：

SIP/2.0 401 Unauthorized

Via: SIP/2.0/UDP 172.20.10.6:50024;branch=z9hG4bK-524287-1---e4fb8a53caa2f313;rport=50024

From: "1015"<sip:1015@www.freeswitch.com>;tag=61a25f79

To: "1015" <sip:1015@www.freeswitch.com>;tag=pjeF9m9c63Nym

Call-ID: 89320ZWY3ZWVmNGVhODBiMzUzYWQwM2U3NWE4YTVmMWJlY2Y

CSeq: 1 REGISTER

User-Agent: FreeSWITCH-mod_sofia/1.9.0+git~20180119T195505Z~3f8585f636~64bit

Allow: INVITE, ACK, BYE, CANCEL, OPTIONS, MESSAGE, INFO, UPDATE, REGISTER, REFER, PRACK, NOTIFY, PUBLISH, SUBSCRIBE

Supported: precondition, 100rel, timer, path, replaces

WWW-Authenticate: Digest realm="www.freeswitch.com", nonce="3135ef65-3466-4f70-8035-ec70ff10ae75", algorithm=MD5, qop="auth"

Content-Length: 0

HA1：首先我們需要計算HA1，HA1是計算`username:relam:password`字符串的MD5值。除了密碼，其它字段從上述信令中我們能找到，就是計算`1015:www.freeswitch.com:1234`的MD5值（默認密碼為1234）。

HA1 = md5("1015:www.freeswitch.com:1234") = fe7632dead0ef79b9f1b0bde9d71ac7a

HA2：HA2是計算method:uri字符串的MD5值。也就是計算REGISTER:sip:www.freeswitch.com的MD5值。

HA2 = md5("REGISTER:sip:www.freeswitch.com") = 357860fa5d775b1ec660c952831a065

加密密碼：最終根據HA1和HA2生成最終的MD5值。即計算`HA1:nonce:nc:cnonce:qop:HA2`字符串的MD5值。從上述信令中找到相關字段。

MD5=md5("fe7632dead0ef79b9f1b0bde9d71ac7a:3135ef65-3466-4f70-8035-ec70ff10ae75:00000001:be28d6ed344661886ad93c8504358936:auth:357860fa5d775b1ec66

最后我們會發現計算出來的值其實就是response字段。FreeSWITCH會按照相同的方式計算加密密碼，並比對來完成鑒權。

步驟四：

服務器驗證鑒權頭的正確性，如果鑒權成功，給請求端發送200 OK消息。若失敗，繼續發送401消息：

SIP/2.0 200 OK

Via: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:8021
From: <sip:01062237493@192.168.2.89>;tag=efca469543ce4788a6a6a2c7b66cd01f;epid=de4504430d
To: <sip:01062237493@192.168.2.89>;tag=-001894-a5eb977c8969aa51
Call-ID: c88a247a74b54a8c9e676bdde3bba6c9@192.168.2.161
CSeq: 2 REGISTER
Allow: INVITE,ACK,OPTIONS,BYE,CANCEL,REGISTER,INFO,UPDATE,PRACK,REFER,SUBSCRIBE,NOTIFY,MESSAGE
Contact: sip:192.168.2.161:8021
Content-Length: 0
Expires: 3600

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