SIP

SIP (англ. Session Initiation Protocol — протокол установления сеанса) — протокол передачи данных, который описывает способ установления и завершения пользовательского интернет-сеанса, включающего обмен мультимедийным содержимым (видео- и аудиоконференция, мгновенные сообщения, онлайн-игры).

В модели взаимодействия открытых систем SIP является сетевым протоколом прикладного уровня.

Протокол описывает, каким образом клиентское приложение (например, софтфон) может запросить начало соединения у другого, возможно, физически удалённого клиента, находящегося в той же сети, используя его уникальное имя. Протокол определяет способ согласования между клиентами об открытии каналов обмена на основе других протоколов, которые могут использоваться для непосредственной передачи информации (например, RTP). Допускается добавление или удаление таких каналов в течение установленного сеанса, а также подключение и отключение дополнительных клиентов (то есть допускается участие в обмене более двух сторон — конференц-связь). Протокол также определяет порядок завершения сеанса.

Пример сети на базе протокола SIP

Принципы протокола

Разработкой занималась организация IETF MMUSIC Working Group^[1]. Протокол начал разрабатываться в 1996 году Хенингом Шулзри (Henning Schulzrinne, Колумбийский университет) и Марком Хэндли (Университетский колледж Лондона). В ноябре 2000 года SIP был утверждён как сигнальный протокол проекта 3GPP и основной протокол архитектуры IMS (модификация 3GPP TS.24.229^[2])^[3]. Наряду c другим распространённым протоколом H.323, SIP — один из протоколов, лежащих в основе Voice over IP.

В основу протокола рабочая группа MMUSIC заложила следующие принципы:

• Простота: включает в себя только шесть методов (функций)
• Независимость от транспортного уровня, может использовать UDP, TCP, ATM и т. д.
• Персональная мобильность пользователей. Пользователи могут перемещаться в пределах сети без ограничений. Это достигается путем присвоения пользователю уникального идентификатора. При этом набор предоставляемых услуг остается неизменным. О своих перемещениях пользователь сообщает с помощью сообщения REGISTER.
• Масштабируемость сети. Структура сети на базе протокола SIP позволяет легко ее расширять и увеличивать число элементов.
• Расширяемость протокола. Протокол характеризуется возможностью дополнять его новыми функциями при появлении новых услуг.
• Интеграция в стек существующих протоколов Интернет. Протокол SIP является частью глобальной архитектуры мультимедиа, разработанной комитетом IETF. Кроме SIP, эта архитектура включает в себя протоколы RSVP (протокол), RTP, RTSP, SDP.
• Взаимодействие с другими протоколами сигнализации. Протокол SIP может быть использован совместно с другими протоколами IP-телефонии, протоколами ТфОП, и для связи с интеллектуальными сетями.

Дизайн протокола

Клиенты SIP традиционно используют порт 5060 TCP и UDP для соединения элементов SIP-сети. В основном, SIP используется для установления и разъединения голосовых и видеозвонков. При этом он может использоваться и в любых других приложениях, где требуется установка соединения, таких, как системы оповещения, мобильные терминалы и так далее. Существует большое количество рекомендаций RFC, относящихся к SIP и определяющих поведение таких приложений. Для передачи самих голосовых и видеоданных используют другие транспортные протоколы, чаще всего RTP.

Главной задачей разработки SIP было создание сигнального протокола на базе IP, который мог бы поддерживать расширенный набор функций обработки вызова и услуг, представленных в существующей ТфОП. Сам протокол SIP не определяет этих функций, а сосредоточен только на процедурах установления звонка и сигнализации. При этом он был спроектирован с поддержкой таких функциональных элементов сети, как прокси-серверы (Proxy Servers) и Пользовательские Агенты (User Agents). Эти элементы обеспечивают базовый набор услуг: набор номера, вызов телефонного аппарата, звуковое информирование абонента о статусе вызова.

Телефонные сети на основе SIP могут поддерживать и более современные услуги, обычно предоставляемые ОКС-7, несмотря на значительное различие этих двух протоколов. ОКС-7 характеризуется сложной, централизованной интеллектуальной сетью и простыми, неинтеллектуальными, терминалами (традиционные телефонные аппараты). SIP — наоборот, требует очень простую (и, соответственно, хорошо масштабируемую) сеть с интеллектом, встроенным в оконечные элементы на периферии (терминалы, построенные как физические устройства или программы).

SIP используется вместе с несколькими другими протоколами и участвует только в сигнальной части сессии связи. SIP выполняет роль носителя для SDP, который описывает параметры передачи медиаданных в рамках сессии, например используемые порты IP и кодеки. В типичном применении сессии SIP — это просто потоки пакетов RTP. RTP является непосредственным носителем голосовых и видеоданных.

Первая предложенная версия стандарта (SIP 2.0) была определена в RFC 2543. Протокол был дополнительно уточнён в RFC 3261, хотя многие реализации по-прежнему основаны на промежуточных версиях стандарта. Обратите внимание, что номер версии остался 2.0.

Адресация

Для организации взаимодействия с существующими приложениями IP-сетей и для обеспечения мобильности пользователей, SIP использует адрес, подобный адресу электронной почты. В качестве адресов рабочих станций используются универсальные указатели ресурсов URL, так называемые SIP URL:

• имя@домен,
• имя@хост,
• имя@IP-адрес,
• №телефона@шлюз.

В начале SIP-адреса (в тексте) ставится слово sip:, указывающее, что это именно SIP-адрес, так как бывают и другие c таким же форматом (например, адреса электронной почты, обозначаемые mailto:).

Адрес состоит из двух частей. Первая часть — имя пользователя, зарегистрированного в домене или на рабочей станции. Если вторая часть идентифицирует какой-либо шлюз, то в первой указывается телефонный номер абонента. Во второй части адреса указывается имя домена сети, хоста или IP-адрес.

Имена пользователей представляют собой обычные алфавитно-цифровые идентификаторы. В IP-телефонии, как правило, используют чисто цифровые идентификаторы («номера») для удобства расширения/замены классических телефонных сетей. Номера местной связи, как правило, 2-3-4-значные.

Номер телефона, передаваемый шлюзу — любой доступный через него, и может быть как номером местной связи, так и номером мобильного или обычного городского телефона. Адрес шлюза (IP-адрес или доменное имя) задаётся в настройках телефона или программы-клиента, а пользователю для совершения звонка достаточно только набора номера.

Архитектура сети

Протокол SIP имеет клиент-серверную архитектуру.

Клиент выдаёт запросы, с указанием того, что он хочет получить от сервера. Сервер принимает и обрабатывает запросы, выдаёт ответы, содержащие уведомление об успешности выполнения запроса, уведомление об ошибке или информацию, запрошенную клиентом.

Обслуживание вызова распределено между различными элементами сети SIP. Основным функциональным элементом, реализующим функции управления соединением, является абонентский терминал. Остальные элементы сети могут отвечать за маршрутизацию вызовов, а иногда служат для предоставления дополнительных сервисов.

Терминал

Когда клиент и сервер реализованы в оконечном оборудовании и взаимодействуют непосредственно с пользователем, они называются пользовательским агентским клиентом — User Agent Client (UAC) — и пользовательским агентским сервером — User Agent Server (UAS). Если в устройстве присутствуют и UAC, и UAS, то оно называется пользовательским агентом — User Agent (UA), а по своей сути представляет собой терминальное оборудование SIP.

Сервер UAS и клиент UAC имеют возможность непосредственно взаимодействовать с пользователем. Другие клиенты и серверы SIP этого делать не могут.

Прокси-сервер

Прокси-сервер (от англ. proxy — «представитель») представляет интересы пользователя в сети. Он принимает запросы, обрабатывает их и выполняет соответствующие действия. Прокси-сервер состоит из клиентской и серверной частей, поэтому может принимать вызовы, инициировать запросы и возвращать ответы.

Предусмотрено два типа прокси-серверов

• с сохранением состояний (stateful). Такой сервер хранит в своей памяти все полученные запросы и связанные с ним новые сформированные запросы до окончания транзакции.
• без сохранения состояний(stateless). Такой сервер просто обрабатывает получаемые запросы. Но на его базе нельзя реализовать сложные, интеллектуальные услуги.

Сервер переадресации

Сервер переадресации используется для определения текущего местоположения пользователя. Сервер переадресации не терминирует вызовы и не инициирует собственные запросы, а только сообщает адрес необходимого терминала или прокси-сервера. Для этих целей он взаимодействует с сервером определения местоположения.

Однако, для осуществления соединения пользователь может не использовать сервер переадресации, если он сам знает текущий адрес требуемого пользователя.

Сервер определения местоположения пользователей

Пользователь может перемещаться в пределах сети SIP, поэтому существует механизм определения его местоположения в текущий момент времени. Сервер определения местоположения пользователей служит для хранения текущего адреса пользователя и представляет собой базу данных адресной информации.

Пользователь, которому нужна адресная информация не связывается с сервером определения местоположения напрямую. Эту функцию выполняют другие SIP-серверы при помощи протоколов LDAP, RWHOIS, или других протоколов.

B2BUA

B2BUA — (англ. back-to-back user agent, буквально: пользовательские-агенты-спина-к-спине) — вариант логического элемента в приложениях, работающих с протоколом SIP. B2BUA работает одновременно с двумя оконечными устройствами — терминалами, разделяя звонок или сессию на два плеча-участка. С каждым участком B2BUA работает индивидуально, хотя сигнальные сообщения передаются в рамках сессии в обе стороны синхронизировано. Таким образом каждый из участников сессии, на уровне сигнализации взаимодействует с B2BUA, как с оконечным устройством, хотя в действительности он является посредником.

B2BUA может предоставлять следующие функции:

• Управление звонками (биллинг, перевод звонка, автоматическое разъединение и т. д.)
• Сопряжение разных сетей (в частности, для адаптации разных диалектов протокола, зависимых от производителей)
• Сокрытие структуры сети (частные адреса, сетевая топология и т. п.)

Довольно часто B2BUA является частью медиа-шлюза для того, что бы полностью контролировать медиа-потоки в рамках сессии. Сигнальный шлюз, являющийся частью пограничного контроллера сессий — наглядный пример применения B2BUA.

Сообщения протокола SIP

Сообщения протокола SIP (запросы и ответы), представляют собой последовательности текстовых строк, закодированных в соответствии с документом RFC 2279. Структура и синтаксис сообщений SIP идентичны используемым в протоколе HTTP. Структура сообщений протокола SIP:

Стартовая строка
Заголовки
Пустая строка
Тело сообщения

• Стартовая строка — начальная строка любого SIP-сообщения. Если сообщение является запросом, в ней указывается тип запроса, адресат и номер версии протокола. Если сообщение является ответом на запрос, в ней указывается номер версии протокола, тип ответа и его короткая расшифровка.
• Заголовки сообщений содержат информацию, необходимую для обработки сообщения (информация об отправителе, адресате, пути следования и пр.)
• Тело сообщения содержит описание сеансов связи. Не все запросы содержат тело сообщения (например запрос BYE). Все ответы могут содержать тело сообщения, но содержимое тела в них бывает разным.

Пример запроса INVITE:

INVITE sip:[e-mail] SIP/2.0
Record-Route: <sip:nikolia@10.0.0.10;lr>
Via: SIP/2.0/UDP 10.0.0.10;branch=z9hG4bK3af7.0a6e92f4.0
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.0.2:5060;branch=z9hG4bK12ee92cb;rport=5060
From: "78128210000" <sip:[e-mail]>;tag=as149b2d97
To: <sip:[e-mail]>
Contact: <sip:[e-mail]>
Call-ID: [e-mail]
CSeq: 103 INVITE
Max-Forwards: 16
Date: Wed, 10 Jan 2001 13:16:23 GMT
Allow: INVITE, ACK, CANCEL, OPTIONS, BYE, REFER, SUBSCRIBE, NOTIFY
Supported: replaces
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 394

v=0
o=root 3303 3304 IN IP4 10.0.0.10
s=session
c=IN IP4 10.0.0.10
t=0 0
m=audio 40358 RTP/AVP 0 8 101
a=rtpmap:0 PCMU/8000
a=rtpmap:8 PCMA/8000
a=rtpmap:101 telephone-event/8000
a=fmtp:101 0-16
a=silenceSupp:off - - - -
a=sendrecv

Запросы

В первоначальной версии протокола SIP (RFC 3261) было определено шесть типов запросов. С помощью запросов клиент сообщает о текущем местоположении, приглашает пользователей принять участие в сеансах связи, модифицирует уже установленные сеансы, завершает их и т. д. Тип запроса указывается в стартовой строке.

1. INVITE — Приглашает пользователя к сеансу связи. Обычно содержит SDP-описание сеанса.
2. АСК — Подтверждает приём ответа на запрос INVITE.
3. BYE — Завершает сеанс связи. Может быть передан любой из сторон, участвующих в сеансе.
4. CANCEL — Отменяет обработку ранее переданных запросов, но не влияет на запросы, которые уже закончили обрабатываться.
5. REGISTER — Переносит адресную информацию для регистрации пользователя на сервере определения местоположения.
6. OPTIONS — Запрашивает информацию о функциональных возможностях сервера.
   
   Но в процессе развития, в протокол было добавлено еще несколько типов запросов, которые дополнили его функциональность:
7. PRACK — временное подтверждение (RFC 3262)
8. SUBSCRIBE — подписка на получение уведомлений о событии (RFC 3265)
9. NOTIFY — уведомление подписчика о событии (RFC 3265)
10. PUBLISH — публикация события на сервере (RFC 3903)
11. INFO — передача информации, которая не изменяет состояние сессии (RFC 2976)
12. REFER — запрос получателя о передаче запроса SIP (RFC 3515)
13. MESSAGE — передача мгновенных сообщений средствами SIP (RFC 3428)
14. UPDATE — модификация состояния сессии без изменения состояния диалога (RFC 3311)

Ответы на запросы

Ответы на запросы сообщают о результате обработки запроса либо передают запрошенную информацию. Структуру ответов и их виды протокол SIP унаследовал от протокола HTTP. Определено шесть типов ответов, несущих разную функциональную нагрузку. Тип ответа кодируется трёхзначным числом, самой важной является первая цифра, которая определяет класс ответа:

1. 1ХХ — Информационные ответы; показывают, что запрос находится в стадии обработки. Наиболее распространённые ответы данного типа — 100 Trying, 180 Ringing, 183 Session Progress.
2. 2ХХ — Финальные ответы, означающие, что запрос был успешно обработан. В настоящее время в данном типе определены только два ответа — 200 OK и 202 Accepted.
3. 3ХХ — Финальные ответы, информирующие оборудование вызывающего пользователя о новом местоположении вызываемого пользователя, например, ответ 302 Moved Temporary.
4. 4ХХ — Финальные ответы, информирующие об ошибке при обработке или выполнении запроса, например, 403 Forbidden или классический для протокола HTTP ответ 404 Not Found.
5. 5ХХ — Финальные ответы, информирующие о том, что запрос не может быть обработан из-за отказа сервера, 500 Server Internal Error.
6. 6ХХ — Финальные ответы, информирующие о том, что соединение с вызываемым пользователем установить невозможно, например, ответ 603 Decline означает, что вызываемый пользователь отклонил входящий вызов.

Алгоритмы установления соединения

Протокол SIP является управляющим протоколом для установления, модификации и разрыва соединения, ориентированного на передачу потоковых данных. Параметры передачи медиа-потоков описываются в протоколе SIP посредством SDP (протокол описания сессии). Потоковые медиа-данные могут передаваться различными средствами, среди которых наиболее популярны транспортные протоколы RTP и RTCP.

Протокол SIP определяет 3 основных сценария установления соединения: с участием прокси-сервера, с участием сервера переадресации и непосредственно между пользователями. Сценарии отличаются по тому, как осуществляется поиск и приглашение вызываемого пользователя. Основные алгоритмы установления соединения описаны в RFC 3665.

Пример сценария установления соединения:

                   Сервер           Прокси
   Алиса       Перенаправления      сервер 3          Борис
     |                |                |                |
     |   INVITE F1    |                |                |
     |--------------->|                |                |
     |     302 F2     |                |                |
     |<---------------|                |                |
     |     ACK F3     |                |                |
     |--------------->|                |                |
     |     INVITE F4                   |                |
     |-------------------------------->|    INVITE F5   |
     |             100  F6             |--------------->|
     |<--------------------------------|      180 F7    |
     |             180 F8              |<---------------|
     |<--------------------------------|                |
     |                                 |     200 F9     |
     |             200 F10             |<---------------|
     |<--------------------------------|                |
     |             ACK F11             |                |
     |-------------------------------->|     ACK F12    |
     |                                 |--------------->|
     |         Двусторонняя передача RTP Media          |
     |<================================================>|
     |                                 |     BYE F13    |
     |             BYE F14             |<---------------|
     |<--------------------------------|                |
     |             200 F15             |                |
     |-------------------------------->|     200 F16    |
     |                                 |--------------->|
     |                                 |                | 

SIP-T и SIP-I

Для взаимодействия с традиционными телефонными сетями, использующими сигнализацию ОКС-7, были разработаны модификации протокола SIP для телефонии: Session Initiation Protocol for Telephones (SIP-T) и Session Initiation Protocol Internetworking (SIP-I). Разность версий ввиду того, что SIP-I был разработан ITU-T, а SIP-T — IETF и описан в RFC 3372. Основная задача данных модификаций протокола SIP заключается в прозрачной передаче сообщений ISUP по IP-сети. Данная задача осуществляется путём инкапсуляции сигнальных единиц ОКС в сообщения SIP. Все требуемые задачи по взаимодействию между протоколами были решены на базе протокола SIP:

Требование по взаимодействию	Функция SIP-T
Прозрачность сигнализации ISUP	Инкапсуляция ISUP в тело сообщения SIP
Возможность маршрутизировать сообщения SIP в зависимости от ISUP	Трансляция параметров ISUP в заголовке сообщения SIP
Трансляция адресной информации при установленном соединении	Использование метода INFO

Сравнение с H.323

SIP пригоден для чтения человеком и структурирован в отношении запросов и откликов. Сторонники SIP также заявляют о нём как о более простом, по сравнению с H.323^[4]. Однако некоторые^[кто?] склонны считать, что, в то время как первоначально целью SIP была простота, в своём сегодняшнем виде он стал так же сложен, как и H.323. Другие^[кто?] считают, что SIP — протокол без состояний, который тем самым даёт возможность легко реализовать восстановление при отказе и другие возможности, которые затруднены в протоколах с состояниями, таких как H.323. SIP и H.323 не ограничены голосовой связью, они могут обслуживать любой сеанс связи, от голосового до видеосеанса или приложений будущего.

Параметр сравнения	SIP	H.323
Дополнительные услуги	Набор услуг, поддерживаемых обоими протоколами примерно одинаков
Персональная мобильность пользователей	Имеется хороший набор средств поддержки мобильности	Персональная мобильность поддерживается, но менее гибко
Расширяемость протокола	Удобная расширяемость, простая совместимость с предыдущими версиями	Расширяемость поддерживается, но существует ряд сложностей
Масштабируемость сети	Оба протокола обеспечивают хорошую масштабируемость сети
Время установления соединения	Достаточно одной транзакции	Требуется несколько транзакций.
Сложность протокола	Простой, мало запросов, текстовый формат сообщений	Сложный, много запросов и протоколов, двоичное представление сообщений
Совместимость оборудования	Практически никакой. Каждый производитель SIP устройств соблюдает только тот набор рекомендаций (RFC) который ему нравится, ибо набор этих рекомендаций очень велик. Совместим фактически только базовый вызов	Практически полная. Стандарты устоявшиеся и имеют чёткий набор спецификаций

Безопасность

Вопросам безопасности использования протокола SIP посвящён отдельный раздел RFC 3261. Шифрование сигнального трафика возможно на транспортном уровне через иcпользование TLS вместо TCP/UDP. Кроме того, разработан стандарт SIPS (англ. SIPS), накладывающий дополнительные соглашения по безопасной передаче данных посредством SIP. Для шифрования мультимедийного контента применяется протокол SRTP.

См. также

• SDP
• SCTP
• RTP
• NGN
• Softswitch
• SIMPLE
• Sipnet

Примечания

1. ↑ Multiparty Multimedia Session Control (mmusic) — Charter
2. ↑ 3GPP specification: 24.229
3. ↑ Статья «Предпосылки появления NGN»
4. ↑ Джим Ван Меггелен, Лейф Мадсен, Джаред Смит Asterisk - будущее IP телефонии. — Символ-Плюс, Санкт-Петербург-Москва, 2009. — 656 с. — 2000 экз. — ISBN 978-5-93286-128-8

Литература

• Гольдштейн, Б. С. Протокол SIP. Справочник. — СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 2005. — С. 456. — ISBN 5-8206-0123-8
• Гольдштейн, Б. С. IP телефония — М.: Радио и связь, 2001. — 336 °C.: ил. — ISBN 5-256-01585-0

Ссылки

• Подробное русскоязычное описание протокола SIP, voip.rus.net