SIP協議的現狀及應用研究

楊森茂

【摘要】本文首先闡述了SIP協議的基本概念，通過比較分析SIP與H323、XMPP協議的技術現狀，說明SIP協議的技術優勢，之后結合企業應用需求，提出如何在企業內部構建SIP協議的VOIP電話網絡的建設方案，為企業建設VOIP電話系統提供科學的依據。文章最后通過介紹SIP協議在國內外開發應用的現狀，說明以SIP協議為基礎的VOIP電話系統是企業應用的必然趨勢。

【關鍵詞】SIP；H.323；XMPP；VOIP電話

【中圖分類號】TP3 11.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01—0085—02

1 引言

VOIP（基于網絡的語音傳送）是語音通信發展的趨勢。大多數電信廠商均認為，雖然目前VOIP在語音通信流量中只占很少的比例，但隨著時間的推移和技術的發展，VOIP電話語音所占比例正快速增長。作為實現VOIP系統的軟交換協議，會話控制協議（SIP）和H.323、XMPP協議就是其中的三大主流技術，其中，SIP信令控制協議正越來越受到人們的關注。

2 SIP協議

SIP最早源于二十世紀九十年代中期哥倫比亞大學提出的研究成果，后經IETF發布的一個標準化應用控制（信令）協議。眾所周知，它可用來建立、修改以及終止多個參與者參加的多媒體會話進程。參與會話的成員可以通過單播連網、組播方式或者兩者結合的形式進行通信。并能動態調整和修改會話屬性（如會話帶寬要求、傳輸的媒體類型、媒體編解碼格式等）。

SIP協議中有客戶機和服務器之分。客戶機是向服務器發送sIP請求并能夠與服務器建立連接的終端應用程序。用戶代理（User Agent）和代理（Proxy）中都包含客戶機的應用。服務器是一個邏輯實體，它響應客戶機發出的SIP請求，提供接收、拒絕和重定向等服務，并回送應答的應用程序，主要包括用戶代理服務器、代理服務器、重定向服務器、注冊服務器等四類服務器：

SIP協議最初規定了六種信令：REGISTER、INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTIONS。其中REGISTER用于客戶端向注冊服務器等級和綁定用戶的位置等消息；INVITE和ACK用于創建會話呼叫，成功建立呼叫會話，或者用于改變已經建立以后會話屬性；BYE用以終結和斷開已經建立的會話；CANCEL用于終止已經發起但還未完全建立會話的請求；OPTIONS用于查詢其它用戶代理和代理服務器能力。

SIP在設計上充分考慮了對其它協議的擴展適應性。它支持許多種地址描述和尋址，包括用戶名@主機地址；被叫號碼@PSTN網關地址；Tel：010-5 9988888普通電話的描述等。這樣，SIP主叫按照被叫地址就可以識別出被叫在模擬電話網絡上的位置，然后通過一個與模擬電話網絡相連的語音網關發起請求呼叫。

SIP主要支持三種方式建立呼叫，包括：由用戶代理客戶機（UAC）直接向用戶代理服務器（UAS）發起的呼叫，由用戶代理客戶機在重定向服務器的協助下進行的重定向呼叫和由代理服務器代表用戶代理客戶機向被叫發起呼叫。圖1是由SIP代理建立呼叫的模型。

3 SIP和H.323、XMPP協議的比較

SIP和H.323、XMPP協議都是作為多媒體通信的應用層控信令協議設計的。H.323試圖用VOIP電話替換傳統的模擬通信，且只是傳輸方式由原來的電路交換變成了分組交換，就如同模擬傳輸變成數字傳輸。XMPP（可擴展通訊和表示協議）以Jabber協議為基礎，可用于服務類實時通訊、表示和需求響應服務中的XML數據元流式傳輸。而SIP協議側重于將IP電話作為因特網上的一個應用，相比較于較其它協議（如FTP，E-mail等），雖然都利用RTP作為媒體傳輸的協議，但H.323是一個相對復雜的協議，增加了信令和QoS的要求。

H.323采用基于抽象語法標記ASN.1和壓縮編碼規則的簡潔的二進制編碼規則發送其各種形式的信息。XMPP是基于可擴展標記語言（XML）的協議，它繼承了在XML環境中靈活的擴展性，因此，基于XMPP的應用具有超強的可擴展性。而SIP以文本形式描述的協議，類似于HTTP。基于文本的編碼協議，能夠顯而易見的表示其頭域的意義，如From、To、Subject等域名。過去的實踐，已經充分證明了這種不需要復雜文檔說明的標準的優越性。

在電話會議支持方面，由于H.323協議中規定由多點控制單元（MCU）集中控制會議各種功能，要求所有參加會議終端都將控制消息發送到MCU，MCU極有可能成為電話會議的瓶頸；另外H.323協議只支持信令的單播功能，而不支持組播功能，限制了協議的可擴展性，同時也降低了可靠性。雖然XMPP是支持組播的消息類型，但協議本身仍需為創建方便和高效的多人視頻會議進行完善。而SIP協議設計之初就設立了分布式的呼叫機制，其組播功能不僅能夠便于會議控制，而且簡化了用戶的定位、邀請群組等，并且節約了寬帶的占用。

H.323中專門定義了用于增值業務的協議，比如H.450.1、H.450.2和H.450.3等。XMPP協議經過擴展以后，可以通過發送擴展的信息來處理用戶的需求，以及在XMPP的頂端建立如內容發布系統和基于地址的服務等應用程序。同樣，SIP協議也可以非常方便地支持補充業務或智能業務。只要充分利用SIP已定義的方法和頭域，就可以輕松實現對這些業務的支持。對于無法通過現有的方法和頭域實現的業務，因SIP本身就是一種可擴展的協議，所以也可以通過擴展特定的方法和頭域實現相應的智能業務，并在體系結構中增加業務代理，提供一些補充服務或與智能網設備的接口。

在H.323中，呼叫建立過程涉及到三條信令信道的協調，呼叫建立所需的時間很長。XMPP使用發布訂閱協議管理多方通信中的帶內通信（主要是多方數據通信），并為帶外多方通信提供基礎平臺。在SIP中，會話請求過程是和媒體信道協商過程等一起建立的。盡管第二版的H.323協議，已經優化了呼叫請求的過程，縮短了呼叫建立會話的時間，但仍無法與SIP只需要1.5個回路時延建立呼叫相提并論。并且，H.323的呼叫信令通道和H.245控制信道需要依賴可靠的傳輸協議。而SIP獨立于低層協議，一般使用UDP協議，通過利用自己信令層的可靠性機制來保證消息的可靠傳輸。

4 企業SIP電話設計方案

考慮SIP在企業網中的實際應用，本文按照SIP協議規范提出了一套VOIP電話系統設計方案，SIP終端不僅可以在企業內部網絡正常應用，也可以透過企業防火墻借助互聯網進行應用，圖2其系統結構示意圖。也就是說，企業IP電話網絡中使用私有地址的SIP終端可以作為被叫被外界SIP終端呼叫。這樣VOIP在企業網絡的應用才有意義。

4.1 系統基本工作流程

用戶注冊：用戶通過代理客戶機自動向SIP服務器端發送注冊信息；該服務器的SIP注冊服務模塊接收注冊信息后，要先對客戶端進行身份驗證，確認其合法后再對該用戶的狀態信息、IP地址信息等進行更新。

會話建立：用戶A準備發起一次與用戶B通話時，首先A通過其用戶代理客戶機將會話請求傳至SIP服務器，之后通過該服務器進一步查找用戶B的有關信息，并進行精確定位，服務器判定用戶B是否具有接通能力，如果可以則將用戶A的呼叫請求直接轉發給用戶B，否則服務器直接向A返回拒絕信息。

通話過程：如果A和B之問的通信鏈路建立成功，則他們之間直接進行通信直至會話結束，通話結束時向代理服務器發送會話結束請求。

4.2 系統協議結構

由于SIP僅是會話初始化協議，不能像H.323協議的通信系統那樣提供全部的語音會話業務，必須協同其他協議共同來建立一個完整的多媒體業務體系結構，本方案采用的協議結構如圖3。在應用層，SIP協議主要負責會話的建立、管理以及性能協商等任務，由于SIP協議本身提供了可靠的響應機制，故在傳輸層選用UDP協議也能保證信令的正確傳輸。實時流協議（RTSP）用于控制“一點到多點”的多媒體數據流。系統采用了資源預留協議（RSVP）和實時傳輸控制協議（RTCP），以確保系統具有較高的服務質量。資源預留協議規定和分配了IP網絡的資源保護技術，可將資源預留給一個或多個給定的會話，并且該會話優先于任何試圖參與雙方之間的其它媒體交換；實時傳輸控制協議用來檢測并潛在地解決發送問題，從而監控會話質量和檢測網絡問題以達到對QoS的監控。

實時傳輸協議（RTP）用來實現端到端的語音數據的實時傳輸業務。由于使用UDP協議，得到了端到端的QoS支持，基于SIP協議的IP電話系統，在網絡帶寬被其它業務負載較重時，可以降低在超時連接時導致呼叫建立的延遲，因此本方案在傳輸層選用無狀態的UDP來傳送語音信息。這里以將RTP看作是在UDP協議上運行應用服務，構成支持實時數據傳遞所需的傳輸功能的不同部分。

5 國內外SIP協議的應用

自2000年6月，瑞典舉行的Voice On the Net 2000展示會以來，VOIP主流通信協議的發展和變化一直為人們所重點關注。

目前，采用H.323的VOIP服務對終端設備的要求較高。XMPP協議是IETF近期發布的標準，有待進一步完善。而SIP協議優勢非常明顯，它簡單靈活、分布控制，而且極易與其它服務集成。因此，在開發VOIP產品的同時，要關注SIP的發展，借鑒其有用之處。不可否認，在整個電信網絡中，一直存在采用H.323協議統一VOIP實現的呼聲，不過，電信廠商和運營公司均承認SIP的靈活性，并已采取行動利用SIP協議開發相關應用產品。

微軟公司：早在2000年，微軟公司就推出了基于SIP協議的即時通信產品，經過不斷優化和升級，其最新的版本是LYNC 2013，LYNC 2013提供了在線狀態、即時消息、語音、視頻、WEB會議等功能，已經占據了國際統一通信大部分市場。

AVAYA：從2004年就已經開始著手基于SIP的產品及解決方案的研發，而Avaya在SIP上的定位也非常明確，所以在解決方案的規劃上，Avaya力求把SIP和原有的應用層解決方案緊密融合。并在原有應用的基礎上擴展由于SIP的引入而增加的新的功能。CCS服務器是Avaya最新的SIP服務集成解決方案，CCS服務器集成了SIP中幾乎所有的主要服務器功能，為企業基于SIP的通信網絡提供集成的服務。

華為公司：近年來，華為公司認為隨著基于SIP的VoIP實現門檻越來越低，語音業務將逐步退出主導地位，成為一種最基本的業務。因此，華為公司不僅僅發布了基于SIP的語音網關產品，如：迅時MX51系列語音網關；還推出了基于SIP的融合通信產品eSpace。

據美國一家資訊公司對VOIP相關協議的實際應用情況和未來前景的預測，到2015年，SIP應用將達到全部VOIP相關安裝協議的46%，而H.323今后的應用比例將逐步下降。

6 結論

通過近20年的應用與完善，SIP協議已經發展成為與H.323同樣成熟的信令控制協議，而且相較于H.323，SIP具有靈活的可擴展特性等優勢，業已被廣大電信廠商所認可。事實上，企業建設基于SIP協議的VoIP電話系統具有投資小、成本低、方便實用，可靠性強、安全性好等優點，已經成為企業建設語音通信系統的首選方案。