基于SIP的IP電話技術(shù)概述

8.1 概述

ITU-T在1999~2000年研究期内成立了多媒体研究组SG16，制定了支持IP网络多媒体通信的H.323协议簇，利用其子集构成的IP电话系统已得到广泛应用。与此同时，IETF也成立了Iptel(IP电话）工作组，研究制定以SIP协议为基础的IP电话系统标准。这两类系统的不同之处主要体现在以下两个方面：

(1)信令协议：H.323系统的呼叫控制信令为H.225，这是一个以N-ISDN中的Q.931协议为基础的信令协议，由ASN.l规范定义。SIP系统的呼叫控制信令则用SIP协议传送。SIP称为会话启动协议，是由IETFmmusic工作组定义的一个通用的会话建立协议，Iptel工作组将其作适当扩展后用于IP电话的呼叫建立。和H.225的最大不同之处是：它是一个基于文本的协议，和ASN.1相比，其消息长度短语法分析较简单，设计思想和Internet的其它常用协议（如HTTP,MIME等）一致。

(2)网络结构：这里指的是从控制平面看的网络结构。H.323系统中各网元均为对等实体，在这些实体间传送对等控制协议完成呼叫建立和释放以及逻辑信道的打开和关闭。SIP系统则采用IP网络常用的客户机／服务器(C/S)结构，定义了若干种不同的服务器和用户代理，通过和服务器之间的请求和响应完成呼叫和传送层的控制。

图8.1 IP电话协议栈

8.1.1协议栈结构

基于SIP的IP网络电话系统所用的协议栈结构如图8.1所示。媒体传送层和H.323系统相同，采用PCM编码或各种压缩编码的话音信号经RTP协议封装后在IP网络上传送，并用RTCP监测传送的QoS。任选协议RSVP用于资源预留，藉以保证传送的QoS。

      IP电话的协议栈结构通常包括以下几个关键组成部分：

1.应用层

     这一层包含了用于控制会话建立、管理和终结的协议，如SIP（Session Initiation Protocol）和H.323。SIP是一种文本协议，用于创建、修改和终止实时会话，而H.323是一种较早的视频会议和语音通信标准。

2.传输层

      这一层提供了端到端的通信服务，主要的协议有TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）。TCP提供可靠的、有序的数据传输，而UDP则提供快速但不可靠的数据传输服务。

3.网络层

      IP（Internet Protocol）是网络层的核心协议，负责将数据包从源头路由到目的地，并提供寻址和分包功能。

4.网络接口层

       这一层涉及到数据链路层和物理层的功能，包括帧的封装和解封装、物理地址解析以及通过物理介质的数据传输。

   主要信令协议为SIP，其特点为：

·  文本协议：

      易于用Java、Perl等面向对象语言实现，易于调测排错，结构灵活，便于扩展。

·  中性的低层传送协议

       可用TCP或UDP，推荐首选UDP。和H.323系统相比，后者采用TCP传送呼叫信令协议H.225，由于TCP是通过证实机制保证可靠传送的，在网络负荷较重的情况下，常会发生证实超时，导致呼叫建立时延增加。采用UDP后，可由应用层控制协议消息的定时和重发，并可方便地利用多播机制并行搜索目的用户，无需为每一搜索建立一个TCP连接。

·  呼叫和媒体控制信息同时传送

     SIP协议在传送呼叫控制信令的同时，还可在消息本体中传送呼叫的媒体类型和格式等信息，以加快呼叫建立的速度。这部分信息的传送是利用会话描述协议(SDP­SessionDescriptionProtocol)完成的（与之对照，H.323系统的呼叫控制和媒休控制信息是分别由H.225和H.245协议传送的。一般说来，这两类协议消息是串行传送的，仅在快速连接建立过程中，呼叫和媒体控制信息才是同时传送的。

另一个Internet会话中常用的信令协议为实时流协议(RTSP­RealTimeStreamingProtocol)，它用于控制存储媒体的实时操作，例如播放、快进、快倒、暂停等动作，在IP电话中主要用于语音信箱的控制。

        其它尚需考虑和完善的协议包括：如何搜寻PSTN互通网关的路由协议；支持1P电话计费的协议和机制；指示服务器如何配置呼叫处理特性的呼叫处理语言等。这些正是lptel工作组研究的主要内容。

由此可见，IETF制定1P网络电话标准的一个重要原则是最大限度地重用已有的协议，其使用的SIP、SDP、RTSP等协议都是现成的通用协议，用于1P电话只需作少量的功能扩展和应用环境适配。由许多不同的协议构成系统是IP电话和PSTN电话系统的显著不同之处。在P,SIN中，呼叫、连接、选路、计费等所有信息都集成于一个统一的信令协议中传送。而在IP电话中，每个协议完成一种功能，有助于提高系统的模块性、灵活性、简易性和可扩展性。如果端系统或网络服务器只提供某一特定的服务，则只需实现相应的协议，简化了互操作性问题。而且所述协议不但适用于单一媒体和单播传送，也能适用多种媒体和多播传送，因此Iptel定义的网络结构既适用于点到点的电话应用，也适用于多点会议通信应用，其信令协议只要稍加扩充就能支持多方呼叫。

8.1.2C/S网络结构

如前所述，lptel采用的是客户／服务器(C/S)控制方式，SIP也是一个C/S协议。呼叫控制请求发出方称为客户，请求接收和处理方称为服务器。由于端系统既可能发出呼叫，又可能接收呼叫，因此SIP端系统应包含一个客户协议程序和一个服务器协议程序，分别称为用户代理客户(UAC-UAClient)和用户代理服务器(UAS-UAServ­er)c对于lptel系统来说，与PSTN互通的网关也相当于一个端系统。

在网络中有两类服务器：

·  代理服务器(proxyserver): SIP请求可经由多个代理服务器，每个服务器接收请求后将其转发给下一跳服务楛。下一跳可能是另一个代理服务器，也可能是最终的用户代理服务器。

．重定向服务器(redirectserver)：其功能是通过响应告诉客户下一跳服务器的地址，然后由客户根据此地址向下一跳服务器重新发送请求。

图8.2   lptel的C/S网络结构

图8.2示出Iptel的C/S网络结构。由图可见，代理服务器和重定向服务器在确定下一跳服务器时都可能向定位服务器(locationserver)发出查询请求。定位服务器本身不属于Iptel系统的范围，是Internet中的公共服务器，其查询可采用多种协议，如finger、LDAP或基于多播的协议。考虑到用户移动性，用户可能会在多个主机上登录，因此定位服务器有可能返回多个位置信息。如果重定向服务器收到多个位置指示，则将这些位置信息全部回送给客户；如果代理服务器收到多个位置指示，则可按顺序方式或并行方式逐一试探这些位置，直至呼叫成功或被用户拒绝为止。

SIP请求到达端用户后，用户代理服务器通常根据使用者的交互信息或其它输入信息作出响应。