SIP (Session Initiation Protocol)

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基本信息

SIP（会话初始协议）是一种广泛用于在IP网络上建立、修改和终止多媒体会话（包括语音、视频和即时消息）的信令和呼叫控制协议。由互联网工程任务组（IETF）开发，SIP在RFC 3261中定义，并已成为VoIP和统一通信的事实标准。

SIP的一些关键特点包括：

基于文本的协议：SIP是一种基于文本的协议，使其易于阅读和调试。它基于请求-响应模型，类似于HTTP，并使用诸如INVITE、ACK、BYE和CANCEL等方法来控制呼叫会话。
可扩展性和灵活性：SIP具有很高的可扩展性，可用于小规模部署以及大型企业和运营商级环境。它可以轻松扩展新功能，使其适应各种用例和需求。
互操作性：SIP的广泛采用和标准化确保不同设备、应用程序和服务提供商之间更好的互操作性，促进跨各种平台的无缝通信。
模块化设计：SIP与其他协议（如**RTP（实时传输协议）用于媒体传输和SDP（会话描述协议）**用于描述多媒体会话）配合工作。这种模块化设计允许更大的灵活性，并与不同的媒体类型和编解码器兼容。
代理和重定向服务器：SIP可以使用代理和重定向服务器来促进呼叫路由，并提供高级功能，如呼叫转移、呼叫转接和语音邮件服务。
存在和即时消息：SIP不仅限于语音和视频通信。它还支持存在和即时消息，实现各种统一通信应用。

尽管SIP具有许多优点，但在处理NAT穿越和防火墙问题时，配置和管理SIP可能会复杂。然而，其多功能性、可扩展性和在整个行业的广泛支持使其成为VoIP和多媒体通信的热门选择。

SIP方法

在RFC 3261中定义的核心SIP方法包括：

INVITE：用于**启动新会话（呼叫）**或修改现有会话。INVITE方法携带会话描述（通常使用SDP）以通知接收方有关建议会话的详细信息，如媒体类型、编解码器和传输协议。
ACK：发送以确认对INVITE请求的最终响应的接收。ACK方法通过提供端到端确认来确保INVITE事务的可靠性。
BYE：用于终止已建立的会话（呼叫）。BYE方法由会话中的任一方发送，表示他们希望结束通信。
CANCEL：发送以取消挂起的INVITE请求，以在建立会话之前中止会话。如果发送方改变主意或接收方没有响应，CANCEL方法允许发送方中止INVITE事务。
OPTIONS：用于查询SIP服务器或用户代理的功能。OPTIONS方法可用于请求有关支持的方法、媒体类型或其他扩展的信息，而无需实际建立会话。
REGISTER：用户代理使用REGISTER方法向SIP注册服务器注册其当前位置。REGISTER方法有助于维护用户的SIP URI与其当前IP地址之间的最新映射，从而实现呼叫路由和传递。

请注意，要给某人打电话不需要使用REGISTER。但是，为了执行INVITE，呼叫方可能需要先进行身份验证，否则将收到**401 Unauthorized**响应。

除了这些核心方法外，还有几种在其他RFC中定义的SIP扩展方法，例如：

SUBSCRIBE：在RFC 6665中定义，SUBSCRIBE方法用于请求有关特定资源状态的通知，例如用户的存在或呼叫状态。
NOTIFY：也在RFC 6665中定义，NOTIFY方法由服务器发送，用于通知订阅的用户代理有关受监视资源状态的更改。
REFER：在RFC 3515中定义，REFER方法用于请求接收方执行转移或引用第三方。这通常用于呼叫转移场景。
MESSAGE：在RFC 3428中定义，MESSAGE方法用于在SIP用户代理之间发送即时消息，在SIP框架内实现基于文本的通信。
UPDATE：在RFC 3311中定义，UPDATE方法允许修改会话而不影响现有对话的状态。这对于在进行中的呼叫中更新会话参数（如编解码器或媒体类型）很有用。
PUBLISH：在RFC 3903中定义，PUBLISH方法由用户代理用于将事件状态信息发布到服务器，使其对其他感兴趣的方可用。

SIP响应代码

1xx（临时响应）：这些响应表示请求已收到，服务器正在继续处理它。
- 100 Trying：已收到请求，服务器正在处理。
- 180 Ringing：被叫正在响铃并将接听电话。
- 183 Session Progress：提供有关呼叫进展的信息。
2xx（成功响应）：这些响应表示请求已成功接收、理解和接受。
- 200 OK：请求成功，服务器已完成。
- 202 Accepted：请求已接受处理，但尚未完成。
3xx（重定向响应）：这些响应表示需要进一步操作才能满足请求，通常是通过联系另一个资源。
- 300 Multiple Choices：有多个可用选项，用户或客户端必须选择一个。
- 301 Moved Permanently：请求的资源已被分配新的永久URI。
- 302 Moved Temporarily：请求的资源暂时可在不同的URI处获得。
- 305 Use Proxy：请求必须发送到指定的代理。
4xx（客户端错误响应）：这些响应表示请求包含错误语法或服务器无法满足。
- 400 Bad Request：请求格式错误或无效。
- 401 Unauthorized：请求需要用户身份验证。
- 403 Forbidden：服务器理解请求但拒绝执行。
- 404 Not Found：服务器上未找到请求的资源。
- 408 Request Timeout：服务器在准备等待的时间内未收到完整请求。
- 486 Busy Here：被叫当前忙碌，无法接听电话。
5xx（服务器错误响应）：这些响应表示服务器未能满足有效请求。
- 500 Internal Server Error：服务器在处理请求时遇到错误。
- 501 Not Implemented：服务器不支持满足请求所需的功能。
- 503 Service Unavailable：服务器当前无法处理请求，因为正在维护或过载。
6xx（全局失败响应）：这些响应表示任何服务器都无法满足请求。
- 600 Busy Everywhere：所有可能的呼叫目的地都忙。
- 603 Decline：被叫不希望参与呼叫。
- 604 Does Not Exist Anywhere：请求的资源在网络中任何地方都不可用。

例子

SIP INVITE 示例

INVITE sip:jdoe@example.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP pc33.example.com;branch=z9hG4bK776asdhds
Max-Forwards: 70
To: John Doe <sip:jdoe@example.com>
From: Jane Smith <sip:jsmith@example.org>;tag=1928301774
Call-ID: a84b4c76e66710
CSeq: 314159 INVITE
Contact: <sip:jsmith@pc33.example.com>
User-Agent: ExampleSIPClient/1.0
Allow: INVITE, ACK, CANCEL, OPTIONS, BYE, REFER, NOTIFY, MESSAGE, SUBSCRIBE, INFO
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 142

v=0
o=jsmith 2890844526 2890842807 IN IP4 pc33.example.com
s=-
c=IN IP4 pc33.example.com
t=0 0
m=audio 49170 RTP/AVP 0
a=rtpmap:0 PCMU/8000te

每个参数的解释

Request-Line: INVITE sip:jdoe@example.com SIP/2.0 - 此行指示方法（INVITE）、请求 URI（sip:jdoe@example.com）和 SIP 版本（SIP/2.0）。
Via: Via: SIP/2.0/UDP pc33.example.com;branch=z9hG4bK776asdhds - Via 头指定传输协议（UDP）和客户端地址（pc33.example.com）。"branch" 参数用于循环检测和事务匹配。
Max-Forwards: Max-Forwards: 70 - 此头字段限制请求可以被代理转发的次数，以避免无限循环。
To: To: John Doe <sip:jdoe@example.com> - To 头指定呼叫的接收者，包括其显示名称（John Doe）和 SIP URI（sip:jdoe@example.com）。
From: From: Jane Smith <sip:jsmith@example.org>;tag=1928301774 - From 头指定呼叫的发送者，包括其显示名称（Jane Smith）和 SIP URI（sip:jsmith@example.org）。"tag" 参数用于唯一标识发送者在对话中的角色。
Call-ID: Call-ID: a84b4c76e66710 - Call-ID 头唯一标识两个用户代理之间的呼叫会话。
CSeq: CSeq: 314159 INVITE - CSeq 头包含一个序列号和请求中使用的方法。它用于将响应与请求匹配，并检测消息的乱序。
Contact: Contact: <sip:jsmith@pc33.example.com> - Contact 头提供了一个直接路由到发送者，可用于后续请求和响应。
User-Agent: User-Agent: ExampleSIPClient/1.0 - User-Agent 头提供有关发送者的软件或硬件的信息，包括其名称和版本。
Allow: Allow: INVITE, ACK, CANCEL, OPTIONS, BYE, REFER, NOTIFY, MESSAGE, SUBSCRIBE, INFO - Allow 头列出发送者支持的 SIP 方法。这有助于接收方了解在通信期间可以使用哪些方法。
Content-Type: Content-Type: application/sdp - Content-Type 头指定消息体的媒体类型，在本例中为 SDP（会话描述协议）。
Content-Length: Content-Length: 142 - Content-Length 头指示消息体的大小（以字节为单位）。
消息体: 消息体包含 SDP 会话描述，其中包括有关所提议会话的媒体类型、编解码器和传输协议的信息。

v=0 - 协议版本（SDP 的版本为 0）
o=jsmith 2890844526 2890842807 IN IP4 pc33.example.com - 发起者和会话标识符
s=- - 会话名称（单个连字符表示没有会话名称）
c=IN IP4 pc33.example.com - 连接信息（网络类型、地址类型和地址）
t=0 0 - 时间信息（开始和结束时间，0 0 表示会话没有边界）
m=audio 49170 RTP/AVP 0 - 媒体描述（媒体类型、端口号、传输协议和格式列表）。在本例中，它指定使用 RTP/AVP（实时传输协议/音频视频配置文件）和格式 0（PCMU/8000）的音频流。
a=rtpmap:0 PCMU/8000 - 将格式（0）映射到编解码器（PCMU）及其时钟速率（8000 Hz）的属性。

SIP REGISTER 示例

REGISTER 方法用于在会话初始化协议（SIP）中允许用户代理（UA），如 VoIP 电话或软电话，向 SIP 注册服务器注册其位置。此过程使服务器知道在哪里路由到注册用户的传入 SIP 请求。注册服务器通常是 SIP 代理服务器或专用注册服务器的一部分。

以下是涉及 REGISTER 认证过程中的 SIP 消息的详细示例：

UA 到注册服务器的初始 REGISTER 请求：

REGISTER sip:example.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.100:5060;branch=z9hG4bK776asdhds
Max-Forwards: 70
From: Alice <sip:alice@example.com>;tag=565656
To: Alice <sip:alice@example.com>
Call-ID: 1234567890@192.168.1.100
CSeq: 1 REGISTER
Contact: <sip:alice@192.168.1.100:5060>;expires=3600
Expires: 3600
Content-Length: 0

这个初始的 REGISTER 消息是由 UA（Alice）发送到注册服务器。它包括重要信息，如期望的注册持续时间（Expires），用户的 SIP URI（sip:alice@example.com），以及用户的联系地址（sip:alice@192.168.1.100:5060）。

注册服务器返回 401 未经授权 响应：

cssCopy codeSIP/2.0 401 Unauthorized
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.100:5060;branch=z9hG4bK776asdhds
From: Alice <sip:alice@example.com>;tag=565656
To: Alice <sip:alice@example.com>;tag=7878744
Call-ID: 1234567890@192.168.1.100
CSeq: 1 REGISTER
WWW-Authenticate: Digest realm="example.com", nonce="abcdefghijk", algorithm=MD5, qop="auth"
Content-Length: 0

注册服务器会响应一个包含"401 未授权"消息的信息，其中包括一个"WWW-Authenticate"头部。该头部包含了UA进行身份验证所需的信息，比如认证领域、随机数和算法。

使用认证凭据的REGISTER请求：

REGISTER sip:example.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.100:5060;branch=z9hG4bK776asdhds
Max-Forwards: 70
From: Alice <sip:alice@example.com>;tag=565656
To: Alice <sip:alice@example.com>
Call-ID: 1234567890@192.168.1.100
CSeq: 2 REGISTER
Contact: <sip:alice@192.168.1.100:5060>;expires=3600
Expires: 3600
Authorization: Digest username="alice", realm="example.com", nonce="abcdefghijk", uri="sip:example.com", response="65a8e2285879283831b664bd8b7f14d4", algorithm=MD5, cnonce="lmnopqrst", qop=auth, nc=00000001
Content-Length: 0

UA发送另一个REGISTER请求，这次包括使用提供的信息和用户密码计算出的必要凭据，如用户名、领域、随机数和响应值的**"Authorization"头**。

这是Authorization响应的计算方式：

import hashlib

def calculate_sip_md5_response(username, password, realm, method, uri, nonce, nc, cnonce, qop):
# 1. Calculate HA1 (concatenation of username, realm, and password)
ha1_input = f"{username}:{realm}:{password}"
ha1 = hashlib.md5(ha1_input.encode()).hexdigest()

# 2. Calculate HA2 (concatenation of method and uri)
ha2_input = f"{method}:{uri}"
ha2 = hashlib.md5(ha2_input.encode()).hexdigest()

# 3. Calculate the final response value (concatenation of h1, stuff and h2)
response_input = f"{ha1}:{nonce}:{nc}:{cnonce}:{qop}:{ha2}"
response = hashlib.md5(response_input.encode()).hexdigest()

return response

# Example usage
username = "alice"
password = "mysecretpassword"
realm = "example.com"
method = "REGISTER"
uri = "sip:example.com"
nonce = "abcdefghijk"
nc = "00000001"
cnonce = "lmnopqrst"
qop = "auth"

response = calculate_sip_md5_response(username, password, realm, method, uri, nonce, nc, cnonce, qop)
print(f"MD5 response value: {response}")

来自注册服务器的成功注册响应：

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.100:5060;branch=z9hG4bK776asdhds
From: Alice <sip:alice@example.com>;tag=565656
To: Alice <sip:alice@example.com>;tag=7878744
Call-ID: 1234567890@192.168.1.100
CSeq: 2 REGISTER
Contact: <sip:alice@192.168.1.100:5060>;expires=3600
Expires: 3600
Content-Length: 0

在注册服务器验证提供的凭据后，它发送一个"200 OK"响应以指示注册成功。响应包括已注册的联系信息和注册的到期时间。此时，用户代理（Alice）已成功注册到SIP注册服务器，并且可以将针对Alice的传入SIP请求路由到适当的联系地址。

通话示例

虽然没有提到，但用户B需要在能够接收呼叫之前向Proxy 2发送REGISTER消息。

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最后更新于3天前