1、SIP業務基本知識
1．1 業務介紹
會話初始協定（Session Initiation Protocol）是一種信令協定，用于初始、管理和終止網絡中的語音和視訊會話，具體地說就是用來生成、修改和終結一個或多個參與者之間的會話。SIP的業務模式是一個點對點協定，其中有兩個要素——SIP使用者代理和SIP網絡伺服器。使用者代理是呼叫的終端系統元素，而SIP伺服器是處理與多個呼叫相關聯信令的網絡裝置。使用者代理本身具有一客戶機元素（使用者代理客戶機UAC）和一伺服器元素（使用者代理伺服器UAS）。客戶機元素初始呼叫而伺服器元素應答呼叫。這允許點到點的呼叫通過客戶機-伺服器協定來完成。下圖是SIP業務的網絡結構和各個參與者的關系。
SIP業務的核心特點集中在SIP的設計目标之一是提供類似公用交換電話網(PSTN)中呼叫處理功能的擴充集。在這個擴充集中，實作類似日常電話的操作：撥号，振鈴，回鈴音或者忙音，隻是實作方式和術語有所不同。SIP也實作了許多信令系統7(SS7)中更進階的呼叫處理功能，盡管這兩個協定相差很遠。SS7是一個高度集中處理的協定，其特點表現為高複雜度的中心網絡結構和無智能的啞終端(傳統的電話機)。SIP則是一個點對點協定，是以它隻需要一個相對簡單的(是以也高度可擴充的)核心網絡，而将處理工作下放給連接配接在網絡邊緣的智能端點(裝有硬體或軟體的終端裝置)。SIP的許多功能在端點中實作，這與傳統的SS7将其在網絡核心裝置實作的作法大異其趣。而協定的其他特點還有它是一個文本協定，是以易于調測，結構靈活；而且它是一個中性的底層傳輸協定，可用TCP或UDP（推薦UDP）；同時呼叫和媒體資訊同時傳送：媒體資訊的傳送由SDP傳送
SIP是網際網路工程任務組（IETF）多媒體資料和控制體系結構的一個組成部分，是以它與IETF的許多其他協定都有聯系，例如RTP（實時傳輸協定）和SDP協定。SIP與許多其它的協定協同工作，僅僅涉及通信會話的信令部分(control message)。SIP封包内容傳送會話描述協定(SDP)，SDP協定描述了會話所使用流媒體細節，如：使用哪個IP端口，采用哪種編解碼器等等。SIP的一個典型用途是：SIP“會話”傳輸一些簡單的經過封包的實時傳輸協定流。RTP本身才是語音或視訊的載體。
1．2 業務過程和協定流程
Ø 注冊流程：
（1）使用者首次試呼時，終端代理A 向代理伺服器發送REGISTER 注冊請求；
（2）代理伺服器通過後端認證/計費中心獲知使用者資訊不在資料庫中，便向終端代理回送401Unauthorized 質詢資訊，其中包含安全認證所需的令牌；
（3）終端代理提示使用者輸入其辨別和密碼後，根據安全認證令牌将其加密後，再次用REGISTER 消息報告給代理伺服器；
（4）代理伺服器将REGISTER 消息中的使用者資訊解密，通過認證/計費中心驗證其合法後，将該使用者資訊登記到資料庫中，并向終端代理A 傳回成功響應消息200 OK。
Ø 登出流程：
（1）終端向代理伺服器發送register消息登出，其頭中expire字段設定為0。
（2）代理伺服器在收到後送回200OK響應，并将資料庫中的使用者有關消息登出。
Ø 基本呼叫建立過程：
（1）使用者摘機發起一路呼叫，終端代理A向該區域的代理伺服器發起Invite請求；
（2）代理伺服器通過認證/計費中心确認使用者認證已認證後，檢查請求消息中的Via頭域中是否已包含其位址。若已包含，說明發生環回，傳回訓示錯誤的應答；若沒有問題，代理伺服器在請求消息的Via頭域插入自身位址，并向Invite消息的To域所訓示的被叫終端代理B傳送Invite請求。
（3）代理伺服器向終端代理A發送呼叫進行中的應答資訊：100Trying。
（4）終端代理B向代理伺服器送呼叫進行中的應答資訊：100Trying。
（5）終端代理B訓示被叫使用者振鈴，使用者振鈴後向代理伺服器發送180Ringing振鈴資訊。
（6）代理伺服器向終端代理A轉發被叫使用者振鈴資訊。
（7）被叫使用者摘機，終端代理B向代理伺服器傳回表示連接配接成功的應答（200OK）
（8）代理伺服器向終端代理A轉發該成功訓示（200OK）
（9）終端代理A收到資訊後，向代理伺服器發ACK資訊進行确認
（10）代理伺服器将ACK确認消息轉發給終端代理B。
（11）主被叫使用者之間建立通信連接配接，開始通話。
Ø 正常呼叫釋放過程：
（1） 正常呼叫
（2） 使用者通話結束後，被叫使用者挂機，終端代理B向代理伺服器發送Bye消息。
（3） 代理伺服器轉發Bye消息至終端代理A，同時向認證、計費中心發送使用者通話的詳細資訊，請求計費。
（4） 主叫使用者挂機後，終端代理A向代理伺服器發送确認挂斷響應資訊200OK。
（5） 代理伺服器轉發響應資訊200OK。
Ø 會話更改流程：
（1）使用者代理服務端和代理用戶端正常通話。
（2）使用者代理服務端向使用者代理用戶端發送Invite資訊，帶有新的SDP協商資訊。
（3）使用者處理用戶端回複200OK，并将協商後的SDP資訊帶回。
（4）使用者代理服務端發送ACK給使用者代理用戶端進行确認。
Ø 被叫忙呼叫釋放：
（1）使用者摘機發起一路呼叫，終端代理A向該區域代理伺服器發起Invite請求；
（2）代理伺服器向被叫終端代理B傳送Invite請求。
（5）呼叫請求送到被叫終端代理B後，被叫忙，終端代理B向代理伺服器送486被叫忙響應。
（6）代理伺服器向終端代理A轉發該響應消息。
（7）終端代理A向代理伺服器回送ACK确認消息。
（8）代理伺服器向終端代理B送ACK确認資訊。
Ø 被叫無應答流程一：
（5）被叫使用者振鈴，終端代理B向代理伺服器送180Ring響應。
（6）代理伺服器向終端代理A轉發該響應資訊。
（7）被叫久振鈴無應答，終端代理A判斷逾時後向代理伺服器送Cancel消息放棄該呼叫。
（8）代理伺服器收到Cancel消息後，向終端代理A回送200OK響應。
（9）代理伺服器将Cancel消息轉發給終端代理B。
（10）終端代理B向代理伺服器回送200OK響應。
（11）終端代理B向代理伺服器送487請求已撤銷的響應資訊。
（12）代理伺服器收到後回送ACK确認。
（13）代理伺服器向終端代理A送487請求已撤銷消息。
（14）終端代理A向代理伺服器回送ACK确認。
注：以上步驟中的（10）到（12）無嚴格順序關系。
Ø 被叫無應答流程二：
（7）被叫久振鈴無應答，終端代理B判斷逾時後向代理伺服器送408Requesttimeout消息放棄該呼叫。
（8）代理伺服器收到408Requesttimeout消息後，轉發該消息給終端代理A。
（9）代理伺服器回送ACK确認給終端代理B。
（10）終端代理A向代理伺服器回送ACK确認。
注：以上步驟中的（9）到（10）無嚴格順序關系。
Ø 遇忙呼叫前轉：
（5）終端代理B忙線中，B向代理伺服器發送486Busy Here響應。
（6）代理伺服器向終端代理B發送ACK确認消息。
（7）代理伺服器對此呼叫進行前轉，向代理伺服器C發送Invite請求消息。
（8）代理終端C收到後訓示使用者振鈴，同時向代理伺服器發送180Ringing響應。
（9）代理伺服器向A轉發收到的180Ringing響應。
（10）被叫使用者C摘機接聽電話，終端代理C向代理伺服器傳回表示連接配接成功的應答（200OK）
（11）代理伺服器向終端代理A轉發該成功訓示（200OK）
（12）終端代理A收到資訊後，向代理伺服器發ACK資訊進行确認
（13）代理伺服器将ACK确認消息轉發給終端代理B。
建立通信連接配接，開始通話。
（14）主叫使用者挂機，終端代理A向代理伺服器發送Bye消息，請求挂機。
（15）代理伺服器轉發Bye消息至終端代理C，訓示C挂機。
（16）終端代理C向代理伺服器發送确認挂斷響應資訊200OK。
（17）代理伺服器轉發響應資訊200OK至A。
Ø 無應答呼叫前轉流程：
（1）使用者A摘機發起一路呼叫，終端代理A向該區域代理伺服器發起Invite請求；
（7）被叫久振鈴無應答，代理伺服器判斷逾時後向代理終端B送Cancel消息放棄該呼叫。
（8）代理終端B收到Cancel消息後，向代理伺服器回送200OK響應。
（9）終端代理B向代理伺服器送487請求已撤銷的響應資訊。
（10）代理伺服器向終端代理B回送200OK響應。
（11）代理伺服器對此呼叫進行前轉，向代理伺服器C發送Invite請求消息。
（12）代理終端C收到後訓示使用者振鈴，同時向代理伺服器發送180Ringing響應。
（13）代理伺服器向A轉發收到的180Ringing響應。
（14）被叫使用者C摘機接聽電話，終端代理C向代理伺服器傳回表示連接配接成功的應答（200OK）
（15）代理伺服器向終端代理A轉發該成功訓示（200OK）
（16）終端代理A收到資訊後，向代理伺服器發ACK資訊進行确認
（17）代理伺服器将ACK确認消息轉發給終端代理C。
（18）主叫使用者挂機，終端代理A向代理伺服器發送Bye消息，請求挂機。
（19）代理伺服器轉發Bye消息至終端代理C，訓示C挂機。
（20）終端代理C向代理伺服器發送确認挂斷響應資訊200OK。
（21）代理伺服器轉發響應資訊200OK至A。
Ø 呼叫保持：
（12）代理終端B向代理伺服器發送Reinvite消息，SDP的c域等于0,0,0,0。
（13）代理伺服器轉發此資訊給代理終端A。
（14）代理終端A收到Reinvite後回應200OK響應。表示接受會話更改，同僚根據協商結果修改會話方式。
（15）代理伺服器轉發200OK給代理終端B。
（16）代理終端B收到消息後向代理伺服器發送ACK消息進行确認。
（17）代理伺服器将ACK确認消息轉發到代理終端A。
Ø 呼叫等待：
（1）AB正常通話。
（2）在AB通話的階段，使用者C向A發起呼叫，終端代理C發送Invite消息給代理伺服器。
（3）代理伺服器向終端C回送100Trying響應，表示呼叫已在進行中。
（4）代理伺服器把Invite消息轉發給A。
（5）使用者A振鈴，并且終端A向代理伺服器發送180Ring響應。
（6）代理伺服器向終端C轉發該響應資訊。
（7）使用者A按下呼叫保持鍵，代理終端A向代理伺服器發送Invite消息，請求與代理終端C呼叫保持。
（8）代理伺服器轉發此消息給終端代理B。
（9）代理伺服器向終端A回送100Trying響應，表示呼叫已在進行中。
（10）終端B收到呼叫保持請求後，發送200OK給代理伺服器，表示接受呼叫保持。
（11）代理伺服器轉發200OK響應給終端代理A。
（12）代理終端A收到消息後向代理伺服器發送ACK消息進行确認。
（13）代理伺服器将ACK确認消息轉發到代理終端B。
（14）終端代理A發送200OK給代理伺服器，表示接受C的呼叫。
（15）代理伺服器轉發200OK給終端代理C。
（16）終端代理C向代理伺服器回送ACK确認。
（17）代理伺服器向代理終端A轉發收到的ACK确認。
A、C之間開始通話。
（18）使用者A挂機，終端代理A向代理伺服器發送Bye請求消息。
（19）代理伺服器轉發Bye消息給終端代理B。
（20）終端代理C發送200OK給代理伺服器，表示接受請求。
（21）代理伺服器轉發200OK響應給終端代理A。
（22）終端代理C重新發送Invite請求給代理伺服器，請求和終端代理B恢複通話。
（23）代理伺服器向代理終端B轉發收到的Invite請求。
2、SIP通信過程封包抓取執行個體分析
l 實驗環境：Linux2.6+Asterisk1.4（開源IPPBX）
l 實驗地點：北京郵電大學資訊與通信工程學院創新實驗室
l SIP代理伺服器IP：59.64.135.22 SIP電話号碼：825002（59.64.135.22）
l SIP代理終端IP：59.64.135.67
l 軟終端：X-lite
l 抓包分析工具：WireShark
注：由于過程太多，以下僅僅抓取“成功注冊”，“呼叫--通話” ，“挂斷”“登出”四種情況做典型包的分析。
以上是REGISTER包。
我們可以看到在注冊的時候，終端會向代理伺服器59.64.135.22發送REGISTER請求注冊。
以上是REGISTEROK包。伺服器傳回200 OK，表示注冊成功。
以上是INVITE包。我們可以看到在發起呼叫初期，終端向825002發出Invite的呼叫請求。
以上是Trying包，說明終端825003正在試着連通伺服器，進一步轉接到825002.
由于設定了自動接聽，是以此次通話沒有振鈴的包。
這是ACK包，代表确認信号。
以上是BYE包。這是825002挂斷後伺服器向825003發送的釋放呼叫信号。