【关键词】sip；网络；ngn
the application research of sip protocol
fu cheng-biao
（department of computer science and engineering qujing nomal university，qujing yunnan 655011，china）
【abstract】with the rapid development of ngn network， as a peer-to-peer protocol sip of ngn technology has been widely used in contemporary ngn network， has been a hotspot in current researches， this paper based on the analysis of the sip protocol， it is studied on the application of softswitch.
【key words】sip；network；ngn
1 sip协议分析
sip是internet工程任务组（ietf）推出的一种用于建立、修改和终止多媒体会话的应用层控制协议，通过组播或单播联系的网络进行通信[1]。sip支持会话描述，允许参与者在兼容媒体类型上协商达成一致。它还可以通过和重定向请求来支持用户移动性[2]。
sip协议中定义：sip消息是客户机和服务器之间通信的基本信息单元。它是一个基于utf-8的文本编码协议，语法消息描述如下：
1.1 通用格式
sip消息分为两大类：请求消息（request）和响应消息（response），其格式遵循rfc2822 internet文本消息格式标准。
通用消息格式定义如下：
start-line //起始行
message-header //头域字段
crlf //空行
[message-body] //消息体
1.2 请求消息
请求消息的定义如下：
request = request-line //请求行
*（general-header | request-header | entity-header） //头
crlf //空行
[message-body] //消息体
1.3 响应消息
当服务器收到一个sip请求消息，对其分析理解后，服务器需要根据具体请求要返回一个或多个消息，这就是sip响应消息。sip响应消息格式定义如下：
response=status-line //状态行
*（general-header | response-header | entity-header） //头
crlf //空行
[message-body] //消息体
sip响应消息的状态行由sip版本开始，接着是一个状态码，最后是一个与状态码相关的描述性短语（reason-phrase），然后由一个crlf行结束符结束。
响应消息中的响应状态码用来区分各种不同的sip响应。状态码是一个3位十进制整数，用来表示服务器对客户机所发请求的理解和执行结果。
由于在实际应用中，对请求消息的处理结果会因为情况的不同而不同，而且还会不断发展。因此，sip协议中对各种可能的响应情况进行了分类和编码。比如：1xx：标识临时消息，其含义是请求消息已收到，请等待对该请求的处理。
1.4 sip消息头域字段
sip的消息头域在语法和语义上都与http的头域非常相似，其格式如下：
header=“header-name”：header-value
sip的头域由头域名字和头域值组成，两者之间以冒号“：”分隔。允许一个头域有多个头域值，多个值之间以都以“；”分隔，我们也可以根据需要增加头域以支持新的特性。
2 sip协议应用研究
作为ngn中的核心控制协议，sip协议的应用主要有三个方面：一是用于软交换与软交换之间；二是用于软交换与sip终端之间；三是用于软交换与应用服务器之间实现增值业务。
sip协议作为软交换中的对等协议，有着自身不取代的优势：其一，它最突出的特点是具有很强的灵活性和可扩充性，要让sip支持各项新业务，只需将它已有的消息头字段进行简单的扩展。其二，sip具有动态注册机制，以至它具有对移动业务的支持具有天然的优势。其三，sip协议为实现固定和移动业务的无缝融合创造了条件。sip已经被3gpp选定作为第三代移动通信的多媒体领域的重要协议，用来实现基于ip的移动语音和多媒体通信[3]。sip这些优越特征使其在下一代网络中占据很重要的主导地位。如下图1所示。
图1 软交换协议应用
sip能控制多个参与者，能动态调整和修改会话属性，控制它们参加的多媒体会话的建立和终止。例
如传输的媒体类型、媒体的编解码格式、会话带宽要求、对组播和单播的支持等等都可以进行动态的调整。从sip的实质内容来看，它提供以下功能[4]：
第一，呼叫过程中实现呼叫特征改变。例如，一个呼叫过程首先被设置为只有语音模式，但是在呼叫过程中，用户可以按需开启视频功能。
第二，呼叫过程中参与者能够进行管理。比如能够把其它用户加入呼叫、取消其连接、呼叫转移或设为呼叫保持。
第三，sip协议具有特征协商功能。例如多方通话中，每一方均支持相同的语音编码，但视频编码不能取得一致，则视频可以根据需要选择支持或不支持。
第四，sip协议具有用户定位和名字翻译功能。由于sip协议本身含有向注册服务器注册的功能，因此无论被呼叫方在哪里，都能确保呼叫到达被叫方。
从sip的设计上来看，它充分考虑了对其他协议的扩展性和适应性。它支持多种地址描述和寻址。比如地址可以描述为：“被叫号码@网关地址”、“用户名字@主机地址”或“tel：0874-3258547”等多种形式。
3 结论
本文分析sip协议的基础上，研究了sip在现网中的应用，并对其在软交换应用过程中的应用作了分析。本文所阐述的sip协议在软交换中的应用分析，在现网中的应用有一定的现实意义。
【参考文献】
[1]曾欣旖，陈名松，盖晓娜.sip协议测试研究[j].电子设计工程，2010，18（4）：83-84.
[2]姜秀玉，杨峰，崔再惠.sip协议实现中消息解析的研究[j].计算机工程与设计，2010，31（13）：2988-2995.
[3]何娇，陈盛云.sip视频会议中服务器的研究与改进[j].电视技术，2013，37（1）：147-149.
【关键词】SIP；网络；NGN
The Application Research of SIP Protocol
FU Cheng-biao
（Department of Computer Science and Engineering Qujing Nomal University，Qujing Yunnan 655011，China）
【Abstract】With the rapid development of NGN network， as a peer-to-peer protocol SIP of NGN technology has been widely used in contemporary NGN network， has been a hotspot in current researches， this paper based on the analysis of the SIP protocol， it is studied on the application of softswitch.
【Key words】SIP；Network；NGN
1 SIP协议分析
SIP是Internet工程任务组（IETF）推出的一种用于建立、修改和终止多媒体会话的应用层控制协议，通过组播或单播联系的网络进行通信[1]。SIP支持会话描述，允许参与者在兼容媒体类型上协商达成一致。它还可以通过和重定向请求来支持用户移动性[2]。
SIP协议中定义：SIP消息是客户机和服务器之间通信的基本信息单元。它是一个基于UTF-8的文本编码协议，语法消息描述如下：
1.1 通用格式
SIP消息分为两大类：请求消息（Request）和响应消息（Response），其格式遵循RFC2822 Internet文本消息格式标准。
通用消息格式定义如下：
Start-line //起始行
Message-header //头域字段
CRLF //空行
[message-body] //消息体
1.2 请求消息
请求消息的定义如下：
Request = Request-Line //请求行
*（general-header | request-header | entity-header） //头
CRLF //空行
[message-body] //消息体
1.3 响应消息
当服务器收到一个SIP请求消息，对其分析理解后，服务器需要根据具体请求要返回一个或多个消息，这就是SIP响应消息。SIP响应消息格式定义如下：
Response=Status-Line //状态行
*（general-header | response-header | entity-header） //头
CRLF //空行
[message-body] //消息体
SIP响应消息的状态行由SIP版本开始，接着是一个状态码，最后是一个与状态码相关的描述性短语（Reason-Phrase），然后由一个CRLF行结束符结束。
响应消息中的响应状态码用来区分各种不同的SIP响应。状态码是一个3位十进制整数，用来表示服务器对客户机所发请求的理解和执行结果。
由于在实际应用中，对请求消息的处理结果会因为情况的不同而不同，而且还会不断发展。因此，SIP协议中对各种可能的响应情况进行了分类和编码。比如：1xx：标识临时消息，其含义是请求消息已收到，请等待对该请求的处理。
1.4 SIP消息头域字段
SIP的消息头域在语法和语义上都与HTTP的头域非常相似，其格式如下：
Header=“header-name”：header-value
SIP的头域由头域名字和头域值组成，两者之间以冒号“：”分隔。允许一个头域有多个头域值，多个值之间以都以“；”分隔，我们也可以根据需要增加头域以支持新的特性。
2 SIP协议应用研究
作为NGN中的核心控制协议，SIP协议的应用主要有三个方面：一是用于软交换与软交换之间；二是用于软交换与SIP终端之间；三是用于软交换与应用服务器之间实现增值业务。
SIP协议作为软交换中的对等协议，有着自身不取代的优势：其一，它最突出的特点是具有很强的灵活性和可扩充性，要让SIP支持各项新业务，只需将它已有的消息头字段进行简单的扩展。其二，SIP具有动态注册机制，以至它具有对移动业务的支持具有天然的优势。其三，SIP协议为实现固定和移动业务的无缝融合创造了条件。SIP已经被3GPP选定作为第三代移动通信的多媒体领域的重要协议，用来实现基于IP的移动语音和多媒体通信[3]。SIP这些优越特征使其在下一代网络中占据很重要的主导地位。如下图1所示。
图1 软交换协议应用
SIP能控制多个参与者，能动态调整和修改会话属性，控制它们参加的多媒体会话的建立和终止。例如传输的媒体类型、媒体的编解码格式、会话带宽要求、对组播和单播的支持等等都可以进行动态的调整。从SIP的实质内容来看，它提供以下功能[4]：
第一，呼叫过程中实现呼叫特征改变。例如，一个呼叫过程首先被设置为只有语音模式，但是在呼叫过程中，用户可以按需开启视频功能。
第二，呼叫过程中参与者能够进行管理。比如能够把其它用户加入呼叫、取消其连接、呼叫转移或设为呼叫保持。
第三，SIP协议具有特征协商功能。例如多方通话中，每一方均支持相同的语音编码，但视频编码不能取得一致，则视频可以根据需要选择支持或不支持。
第四，SIP协议具有用户定位和名字翻译功能。由于SIP协议本身含有向注册服务器注册的功能，因此无论被呼叫方在哪里，都能确保呼叫到达被叫方。
从SIP的设计上来看，它充分考虑了对其他协议的扩展性和适应性。它支持多种地址描述和寻址。比如地址可以描述为：“被叫号码@网关地址”、“用户名字@主机地址”或“Tel：0874-3258547”等多种形式。
3 结论
本文分析SIP协议的基础上，研究了SIP在现网中的应用，并对其在软交换应用过程中的应用作了分析。本文所阐述的SIP协议在软交换中的应用分析，在现网中的应用有一定的现实意义。
【参考文献】
[1]曾欣旖，陈名松，盖晓娜.SIP协议测试研究[J].电子设计工程，2010，18（4）：83-84.
[2]姜秀玉，杨峰，崔再惠.SIP协议实现中消息解析的研究[J].计算机工程与设计，2010，31（13）：2988-2995.
【关键词】IMS网络SIP协议多媒体通信
一、引言
随着通信技术的发展及人们对通信要求的提高，当今的通信业务集音频、数据信息、视频于一体。同时，Internet及IP网络的发展也为各种通信业务提供了基础。
SIP是IETF指定的用于实现多媒体回话控制的协议，该协议具有实现简单、扩展性强的特点，并且具有强大的多媒体会话和业务扩展能力以及用户查找和定位能力。由于SIP可以和现有的Internet协议紧密联系，从而获得了广泛应用，并且SIP已被3GPP组织作为R5/R6多媒体子系统（IMS）的呼叫控制协议。本文将对IMS网络和SIP协议进行介绍，并提出一种基于IMS网络的SIP信令协议栈。
二、IMS网络结构及SIP协议
IMS是3GPP在R5版本中提出的支持IP多媒体业务的子系统。IMS以SIP为核心呼叫控制协议，为移动终端提供多媒体呼叫控制业务，具有应用服务器层、会话控制层、传输与终端层三层结构，包括CSCF、HSS、MGCF和MGW等实体。
IMS中最重要的实体是CSCF和HSS，CSCF负责处理多媒体会话业务，相当于SIP服务器，包括CSCF（P-CSCF）、查询CSCF（I-CSCF）和服务CSCF（S-CSCF）。HSS（归属用户服务器）是IMS中所有与用户和服务相关的数据主存储器，存储了用户身份、注册信息、接入参数和服务触发信息等。
SIP是IETF制定基于ASCII码的面向IP电话和多媒体会议的应用层控制协议，用于建立、修改和终止多媒体会话，使参与会话的成员可以通过多播方式、单播连网或二者结合的方式进行通信。
典型SIP协议中有客户机和服务器之分，客户机是为了向服务器发送请求而与服务器建立连接的应用程序，User Agent和Proxy中含有客户机；服务器是用来向来自客户机的请求提供服务并处理应答的应用程序。SIP协议具有四层结构，最底层是语法和编码层，第二层是传输层，第三层是事物层，最顶层是事物用户层（TU层）。
三、基于IMS网络的SIP信令协议栈
在SIP协议中，用户客户端通过向服务器发送在网络中的路由请求即可以建立起一个会话过程。因为注册服务器需要提供用户的位置信息，所以需要将SIP地址映射转换为IP地址。IMS中的呼叫会话控制功能（CSCF）的网络实体是服务器和注册服务器，CSCF即是控制实现实时多媒体业务的多媒体服务器。IMS包括三种呼叫会话控制功能：CSCF（P-CSCF）、问讯CSCF（I-CSCF）、服务CSCF（S-CSCF）。CSCF通过SIP协议来实现上述控制控制功能，其中P-CSCF为移动用户接入IMS提供的SIP服务器，I-CSCF是运营网络的入口服务器，同时可以对其它网络隐藏其归属网络的拓扑图，S-CSCF是SIP的注册服务器，执行用户的会话控制服务。因此，IMS网络可以在CSCF的基础上利用SIP协议经过注册过程和会话过程来实现多媒体通信的目的。
本节通过引入有限状态机进行修改和二次开发，实现了一个稳定高效的SIP协议栈，通过提供SIP操作的基本数据结构和应用程序编程接口（API），如用于表示SIP中各类对象的数据结构、对消息和消息体进行解析的API以及实现四类有限状态机的API。该协议栈主要包括4个模块：状态机模块、解析器模块、工具模块、上层封装接口模块，其结构图如图1所示。
3.2解析器模块
解析器模块主要完成对SIP消息的语法解析，它的作用是将收到的SIP消息从文本解析为SIP消息结构体（sip_t），处理完后将待发送的sip_t结构还原成SIP文本消息后在发送。SIP消息的解析过程为：对收到的消息解析起始行，若是SIP请求则解析SIP请求方法、请求URI和SIP版本，若非SIP请求则解析SIP版本、状态码和原因短语；然后依次进行解析SIP头域、解析SIP消息体并保存各项参数完成解析过程。
3.3工具模块
工具模块主要提供完善的SDP协商机制和对话管理的API。本协议栈中的SDP协商工具使用从SDP offer去构建SDP answer的方法，通过分析invit请求中消息体SDP部分的媒体参数描述来构造对于invit请求的响应消息中的SDP消息部分。在对话中，可以动态创建新的事务来开始端点之间的SIP通信过程，帮助管理UA的消息排序和UA之间正确的路由。本协议栈的对话管理工具主要是创建对话并对对话消息进行管理。
3.4上层封装接口模块
上层封装接口模块根据MVC模式中的Model层的调用方式提供面向Model层的简便易用的操作协议栈接口。上层封装接口模块在eXosip封装SIP协议调用接口的基础上进一步封装，供Model层调用，从而使用简单的几行代码就可以实现一个音视频的呼叫。
四、结束语
SIP协议可以创建、管理和终结IMS网络中各种类型的多媒体业务，从而使各种类型的客户端通过SIP都可以建立高质量的端到端通信。本文提出一种SIP协议栈，实现了SIP软终端，可以在IMS网络下实现具备基于SIP的视频和音频通信功能。
参考文献
[1]孙建勇.基于SIP协议的软终端的研究与实现[D].北京邮电大学，2004.
[2]陈朝鹏. SIP协议在IMS系统中的应用[J].中国科技信息，2006（2）.
[3]徐晓宇，张惠民. SIP会话协议在第三代移动网络中关键问题研究[J].数据通信，2004（2）.
关键词：会话初始化协议SIP；TCPN；建模；模型
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）25-0035-02
1 引言
第三代合作伙伴3GPP选择SIP协议作为第三代移动通信系统的IP多媒体子系统（IMS）心灵协议，是因其具有灵活、无缝和可扩展性，它将逐渐成为下一代网络NGN中关键控制协议之一。它可以满足多媒体通信与网络电话的要求，所以很多的通讯公司均先后研发出了支持SIP的服务产品与终端产品。为充分适应这些技术的发展，SIP协议需要进行进一步的完善与扩充，但是如果协议在设计环节出现任何问题都会给系统带来难以预料的影响，所以为保证协议的稳定性和安全性，应在早期开发时尽可能挖掘其隐蔽的问题并找出解决方案。
目前研究SIP协议主要涉及以下几方面：基于SIP的应用于服务[3]；SIP测试工具和方法；其他协议与SIP协同工作。因时间着色Petri网TCPN[2]在描述带有较复杂的交互动作和时间约束的系统过程中具有明显的优势，故本文以TCPN为模型分析工具进行SIP协议分层TCPN模型的构造，并在不同状态下实现分层建模。
2 SIP协议事务处理
SIP协议通过事务进行会话控制，其主要事务有INVITE、non_INVITE事务。INVITE事务完成会话的创建，non_INVITE事务则完成会话的保持与关闭。SIP端系统（User Agent，UA）是连接服务器从而发送服务请求的一种应用程序。因UA向服务器发送服务请求并接收来自服务器的响应，故一个UA有UAS（用户服务器）和UAC（用户客户端）两部分，这两部分就是SIP协议中的两个最关键的参与者，UAC创建呼叫请求，UAS接受呼叫给出响应。
在SIP的请求消息中，最常用的有INVITE、REGISTER、CANCEL和BYE。其响应消息有1xx、2xx、3xx、4xx、5xx、6xx6种。SIP的呼叫方式有3种：从UAC到UAS的直接呼叫、从UAC发出的重定向呼叫、服务器发起呼叫。本文主要针对应用最广的直接呼叫进行分层建模。
3 SIP协议TCPN分层建模
本文应用CPN Tools[4]进行INVITE事务的分层建模，并在不同的抽象层次上描述协议行为细化模型。这种方法在一个层次中描述协议细节，有利于优化或局部完善协议模型，也能有效把握模型规模，便于确认模型与分析协议性质。
SIP协议的TCPN分层模型中的10个模型页分别处于不同的层次，每页所描述的是对应抽象级别上的协议功能，低级别页作为高级别页的替代变迁子页。各层次模型页功能描述如下表1。各层内部模块细化是依据UAS与UAC在INVITE事务执行过程中具备的不同状态进行的，因在terminated状态下协议无行为，而仅表示终止事务，故没有单独描述此状态。
3.1 总体流程建模
SIP协议分层TCPN模型的top page（顶级页）如下图1所示，它总体描述了协议运行的网络拓扑，其中使用了2个替代变迁对NET、UAS和UAC在协议运行过程中的交互行为进行描述。UAC通过NET向UAS发送REQUEST型数据，UAS将RESPONSES型数据通过NET回传给UAC。
Client页用以描述UAC的行为，下图2所示为其页模型。图中的3个替代变迁对应的子页能够更加细致地描述处于不同状态的UAC端行为。库所Scene用以描述UAC的行为，变迁TransErr可以模拟协议在不同条件下出现传输层错误时所采取的处理方式。
3.2 网络层建模
下图3所示为NET页模型，描述的是由UAC到UAS的网络传输建模。库所Schannel_Em记录的是有多少个消息被成功地传送到了UAS端，其初值为0。库所CollectorCTS用以收集不可靠链路丢失的消息。变迁RCTS与CTOS用以模拟不可靠链路。不可靠链路的具体建模方式如表2所示。
通过上述时间类型、弧表达式及防卫表达式的应用，可模拟存在重复数据包、延迟、丢包的不可靠链路。若对其某些参数做适当的修改，便可动态调整其链路的可靠性，以此来真实地模拟不可靠链路。
3.3 具体行为建模
本文表1中的Sproceeding、Ccalling、Cproceeding等底层模型页描述UAS和UAC在不同状态下处理事件的过程，也就是对协议的具体行为建模。下文以UAC端处于Ccalling状态时的应答消息处理行为为例，阐述具体行为的模型描述方式。
下图4所示为UAC处于Ccalling状态时处理INVITE消息的模型，即Ccalling页模型。图中CallTimer表示UAC处于超时状态时消息的处理过程，CallResp表示UAC收到UAS应答时对消息的处理过程。库所TimerAorB用以控制A与B两个定时器的触发。融合库所cloneCs用队列存放UAC每次状态的变化，其队首为UAC的当前状态，Scenec记录UAC的当前状态和导致UAC变为此状态的事件。Message存放初始条件下从SIP协议上层收到的INVITE请求。Channel_Em用以记录当前是否收到UAS的应答，其初值为0。
当收到UAS会送的响应消息时，变迁CallResp被点火执行，即运行其对应的函数代码。此函数代码中sta与st均为SCENEC型变量，st是处理消息前UAC的状态，sta为处理消息后UAC的状态。Action部分调用函数call_resp（st，resp）完成UAC对不同类型响应消息的处理，该函数代码如下：
由上述代码可知，处理类型为r2xx的应答消息后UAC处于TERM状态，处理类型为r3xx的应答消息后处于COMP状态，处理类型为r1xx的应答消息后处于PROC状态。
4 总结
本文给出了SIP协议处理INVITE事务的TCPN分层模型，对该协议总体流程、网络层、UAS与UAC间的具体行为在不同模型层次上分别进行建模。该层次模型规模可控、功能划分直观、数据结构完备，为建模后期协议的验证与改进提供了较完善的模型基础。
参考文献：
[1] 姜秀玉，杨峰，崔再惠.SIP协议实现中消息解析的研究[J].计算机工程与设计，2010（7）.
[2] 何中阳，李鸥，杨白薇，等.基于TCPN的TCP协议形式化描述[J].计算机工程，2011（9）.
关键词：网络安全；SIP协议；终端设备
中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-01
一、SIP协议
SIP英文全拼是sessioninitiationprotocol，是一个应用层的信令控制协议。主要用于创建、修改和释放一个或者多个会话。这些会话可以使基于Internet的多媒体会议，也可以是IP电话或多媒体分发。会议的数据传输可以是语音、视频，通过音频信号和视频信号转换为IP数据包，在通过花联网通信输送到另一方或是多个接收终端设备上。SIP最早是由哥伦比亚大学计算机副教授HenningSchulzrinne及其研究小组在20世纪90年代中期提出的，Schulzrinne及其研究小组原本是研究多方多媒体会话控制设备，并在1996年像IETF提交了一个他们小组的研究草案，其中就包含了SIP的重要内容[1]。1999年Schulzrinne对草案进行了删减修改，把其中关于媒体内容的无关内容删除了，这就是现行国际通用标准的SIP协议的最初版本，随后几年SIP协议便激起了服务供应商的热情，越来越多的供应商正在借助前途光明的新服务进入SIP市场，而SIP协议也成为自HTTP和SMTP协议提出以来最为重要的协议之一。
二、安全威胁
目前SIP通信机制被广泛应用于如跨国公司的远程电话、多媒体会议，鉴于这些会议的重要性，以及目前网络安全问题，会议数据内容往往会被黑客入侵，导致会议内容被篡改、窃听，公司重要信息甚至机密被盗。典型的威胁如：注册劫持，SIP的注册机制本来是用来解决域内用户不论在何地都可以被访问的问题，但是由于SIP支持第三方注册，因此From域内和To域内的用户可以不同，攻击者往往通过篡改From域内的内容而成为授权用户，进行恶意注册；会话终止，由于SIP是采用ASCII来传输数据包的，攻击者通过截取通信双方的SIP数据包，从中提取出通信参数，从而造成通信数据流失会话中断；服务器伪装攻击，攻击者通过伪装成服务器截获UA发送给服务器的请求或者是向UA发送伪造的SIP消息，以达到其非法目的。
三、安全通信模型的构建
（一）注册子协议。子协议注册认证是采用HTTP摘要认证方式。注册子协议是确保信息完整和机密性的具体步骤，摘要认证是基于挑战/应答方式[2]。当客户端申请资源时，若没有提供合适的认证，服务器会在响应后提供一个特有值nonce，客户端收到信息后后会有个新的请求，其中有服务器对nonce的响应消息response，这个请求由用户的私密信息和nonce凑成，形成一个32位16进制的编码，服务器收到再次请求信息，通过函数计算出编码摘录值，与请求中的response想必对，若完全相同则表示身份认证有效。若是中间窃听者会把response原封不动的抄下来，由于加入了时戳，会由于信息的过期而导致其无法得逞。但假若其改回系统时间，那也只能访问其中某一文档，而其他文档则无法访问。
具体流程：客户端UA1向服务器INVITES1发送请求，S1对信令消息进行Hash从而得到H，并使用Ssk1对H进行签名得到签名值Sign。然后通过重定向服务器找到被叫的服务器S2，然后将呼叫方请求呼叫连接发送给S2，S2再把请求发送到被叫方UA2，UA2发送Ringing信令给S2，其中包括Cpk2和Sign，S2对发来的信令进行Hash得到H进行的签名，S2转发给服务器S1并向UA1发送UA2的请求回应，请求通过后，建立连接，开始通信。
四、结语
SIP协议是现代网络通信的基础，简单、灵活、可扩展成为当前网络应用与开发的热点，但是由于网络环境的不安全因素越来越多，因此对信息的安全性和完整性要求就越高了。因此保证SIP通信安全，构建安全通信模型是当前一个亟待解决的问题。
参考文献：
[1]司端锋.SIP标准中的核心技术与研究发展[J].软件学报，2008，16：209.
摘要：对SIP协议的功能和特点进行了简单的总结，并针对SIP协议的特点将SIP协议在软交换网络中的应用进行了研究和分析。
关键词：SIP 软交换 游牧
SIP称为会话初始协议，是用于在IP网络中建立、修改和终止多媒体会话的一种应用层控制协议。SIP是由IETF组织于1999年提出的一个在基于IP网络中，特别是在Internet结构的网络环境中，实现实时通信应用的一种信令协议。1999年3月，ITEF的多方多媒体会话控制工作组提出了RFC2543建议，之后，SIP在互操作性和新特性等方面得到了进一步的增强，因而2002年6月，ITEF的SIP工作组又发表了RFC3261建议，以取代RFC2543。作为一个IETF提出的标准，SIP协议在很大程度上借鉴了其他各种广泛存在的Internet协议，如HTTP（超文本传输协议）、SMTP(简单邮件传输协议)等，和这些协议一样，SIP也采用基于文本的编码方式，协议简单，具有更好的功能扩展性。目前，SIP协议已被广泛应用于基于软交换的网络中进行基本的呼叫控制，而且3GPP R5版本也选择SIP作为3G移动通信多媒体域的信令协议。因此，SIP协议的应用具有很重要的研究意义。
一、SIP协议分析
1. SIP协议的强大功能
SIP协议不但具备简单、开放、兼容和可扩展的特点。而且还考虑了对传统电话网的各种业务的支持。目前，SIP协议在软交换网络中，已经能够很好地提供基本话音业务、传真业务、各类补充业务等。
由于SIP协议是应用层的控制协议，只负责呼叫控制并携带SDP消息体来进行媒体协商，与具体的媒体类型没有关系，媒体的具体参数可以由SDP协商完成。因此，SIP协议具有很强的多媒体通信能力，能够方便地实现视频通信等业务。
SIP协议的动态注册机制，使用户移动变得十分方便。除了能在移动通信网络中实现基于IP的移动话音和多媒体通信业务，还能为固定软交换网络用户提供游牧性的业务。游牧业务是指当用户漫游到异地，也可以随时接入到网络中，实现其在归属地所能得到的服务。游牧用户可以改变网络接入点，但是当用户改变网络接入点时。正在进行的会话或通信会终止，即不具有会话的持续性，也不进行切换。
由此可以看出，采用SIP协议进行呼叫控制的软交换网络与传统的PSTN网络相比，最令人瞩目的功能就是对视频多媒体业务和游牧业务的支持。
2. SIP协议的优点
（1）与媒体无关的会话控制可以使SIP支持丰富的多媒体通信。
（2）SIP地址与终端位置的无关性使SIP用户天生具有移动性。
（3）协议简单，易于扩展，使SIP协议能够支持许多新业务；对不支持业务信令的透明封装，可以继承多种已有的业务。
（4）使用SIP智能终端可以将网络设备的复杂性推向边缘，简化网络核心部分。
二、SIP协议在软交换网络中的应用
1.基本应用
SIP协议在软交换网络中最基本的应用，就是控制主被叫双方建立各种会话，包括基本语音通信、视频通信、传真。
（1）视频通信业务。该业务除了可以建立点对点视频通信外，如果终端支持，还可以进行通话过程中的媒体格式切换。例如，两个用户正在进行视频通信，通话过程中，通话的任何一方通过发送re-Invite请求都可以修改正在进行通话的媒体格式，进行媒体格式的切换。
（2）传真业务。由于传真机不支持网口，所以SIP协议的应用主要体现在软交换之间。G.711透传方式传真的建立流程同G.711语音通话的建立流程一致；T.38格式的传真，ITU-T也对SDP的描述进行了详细规定。因此，SIP协议能够支持传真业务。
以上两种应用，都是在修改一个已经处于确认状态的对话。但有些时候，虽然Invite建立的对话还没有进入确认状态（没有收到最终响应），也有可能需要修改会话中的某些部分，此时用re-Invite消息就无法来完成会话的更改，因为Invite请求无法作用于本次对话。例如，使用“早媒体”（Early Media）播放语音通知的情况，媒体通道在Invite消息得到最终响应之前已经建立，真正的会话时需要采用新的媒体通道。在这种情况下，SIP协议还规定了一种使用Update消息来修改会话的方式。Update消息可以由对话中的任意一方发送，不影响对话状态就能更改会话参数。
由此可见，SIP协议支持与媒体无关的会话控制，可以使SIP协议更加灵活的支持各种媒体格式的会话控制。
2. 游牧性的应用
SIP的注册机制使SIP用户地址和终端位置没有关联性，因此具有游牧性。当用户游牧到异地，首先要接入到游牧地网络，通过游牧地网络进行注册，并到归属地网络进行身份认证，其业务属性也保存在归属地。如果用户呼出，需要保证呼叫能够通过游牧地的软交换进行接续。同时，注册过程也可以使归属地的软交换能够联系到用户，能够进行呼叫的接续。
虽然SIP协议天生支持用户移动性，但是游牧业务的实现跟网络组织结构有密切的关系。
（1）在网络接入侧：根据软交换网络组网要求，终端要接入到软交换网络中，首先需要接入到软交换网络边缘汇聚设备――SAC（业务接入控制设备）。用户游牧时，还要求能够通过游牧地SAC接入到游牧地软交换，并且注册、通话等过程都不能旁路掉游牧地软交换。因此，游牧地设备（包括SAC、软交换）需要记录下用户名、IP地址以及对应的其他网络信息（如果能够获得），并将相关的地址信息改为自身的IP地址，再将消息前转。
（2）核心网络部分：通过路由机制以保证各级软交换之间的可联系性，使用户在游牧地也可以经过游牧地软交换、归属地软交换完成注册过程；通过路由机制保证响应消息以及后续的呼叫请求消息可以按照要求的路由转发。
（3）归属地：用户注册应该由归属地来进行认证，除了方便用户信息管理之外，还能够保证归属地软交换能够联系到用户。用户的业务属性也应该存在于归属地，使归属地能够知晓用户使用的业务。
由此可见，要实现游牧业务，除了网络配合之外，还需要具备专门的路由机制保证注册流程是可监管的、合理、合法的。
3. 终端智能化
关键词：SIP；IMS；应用
中图分类号：TN915.04 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 09-0000-01
SIP Protocol and Application Analysis in The IMS
Zheng Zhijun
(China Tietong Telecommunications Corporation,Hengshui Branch,Hengshui053000,China)
Abstract:IMS is a 3GPP Release 5 version of the proposed support for IP Multimedia Subsystem services,SIP is an application layer control protocol for creating,modifying and terminating one or many of the multimedia sessions,SIP is the basic control of IMS agreement.This paper briefly describes IMS and SIP protocol,SIP protocol and then introduce the basic IMS applications and extended application.
Keywords:SIP;IMS;Application
一、SIP介绍
SIP（Session Initiation Protocol）是一个会话层的信令控制协议，它独立于底层协议，用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方的多媒体会话。1999年由IETF组织提出，它是一个在基于IP网络中，实现实时通信应用的一种协议。SIP支持、重定向、登记定位用户等功能，支持用户移动，与RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS等协议配合，可支持和应用于语音、视频、数据等多媒体业务，同时可以应用于presence（呈现）、instant message（即时消息）等特色业务。它的应用非常灵活。
SIP有下面五个基本功能：
（一）确定用户位置：确定被叫SIP用户所在的位置。SIP的最强大之处就是用户定位功能，它可以利用SIP终端在注册服务器上的注册信息实现用户定位，也可以利用其他定位服务器，如DNS、LDAP等提供的定位服务来增强其定位功能。
（二）确定用户可用性：确定被叫会话终端是否可以参加此会话。SIP支持多种地址描述和寻址方式，包括SIP-URI、Tel-URL和SIPS-URI。这样，SIP主叫根据被叫地址，就可以识别出被叫是否在传统电话网上，然后通过一个与传统电话网相连的网关向被叫发起并建立呼叫。
（三）确定用户能力：确定被叫终端可用于参加会话的媒体类型及媒体参数。SIP终端在消息交互过程中携带自身的媒体类型和媒体参数，这使得会话双方都可以明确对方的会话能力。
（四）建立会话：建立主被叫双方的会话。SIP会话双方通过协商媒体类型和媒体参数，最终选择双方都具有的能力建立起会话。
（五）管理会话：可以更改会话参数或中止会话。SIP本身已经从最初致力于P2P通信发展成为了下一代网络（NGN）综合协议体系的核心。
二、IMS系统
IMS（IP Multimedia Subsystem）是IP多媒体子系统，本质上说是一种网络结构。核心思想是在3G核心网中支持多媒体会话及其他基于SIP协议的业务，目的将蜂窝移动通信和互联网技术结合起来，能提供综合业务的下一代通信网络，它独立于接入和承载技术，即IMS的核心特点是采用SIP协议和与接入的无关性。
三、SIP协议在IMS中的应用
IMS的主要功能实体包括呼叫/会话功能实体（CSCF）、原籍用户服务器（HSS）、媒体网关控制实体（MGCF）和媒体网关（MGW）等。其中最重要的实体是CSCF和HSS。CSCF主要负责对多媒体会话进行处理，其功能包括多媒体会话控制、地址翻译以及对业务协商进行服务转换等，相当于SIP服务器。CSCF分为CSCF（P-CSCF）、查询CSCF（I-CSCF）和服务CSCF（S-CSCF）。P-CSCF是IMS系统中用户的第一个接触点，所有的SIP信令都必须通过P-CSCF。I-CSCF提供到归属网络的入口，将归属网络的拓扑隐藏起来，并可通过归属用户服务器HSS灵活选择S-CSCF，并将SIP信令路由到S-CSCF。S-CSCF是IMS的核心，它位于归属网络，提供UE会话控制和注册服务。在SIP会话中他是SIP的服务器。HSS类似于现在移动网络的HLR，它是IMS中所有与用户和服务相关的数据的主要存储器。存储在HSS中的数据主要包括用户身份、注册信息、接入参数和服务触发信息等。
SIP信令消息从移动用户发起，经UMTS（通用移动通信系统）陆地无线接入网络进入核心网，通过SGSN（GPRS服务支持节点）和GGSN（GPRS网关支持节点）到达CSCF，经过处理后送往其他IMS网络、MGCF/MGW网络或外部IP网络。在此过程中，SGSN和GGSN仅查看消息的目的IP地址，不分析消息的内容，起到路由器的作用。
当3GPP RS在规划IMS时，由于SIP的灵活性和可扩展性，决定采用SIP机制作为IMS网络的会话初始化协议。3G网络被分为3个不同的域：电路交换域、分组交换域和IP多媒体交换域。其中IP多媒体子系统域是3G中最重要的域，这个域采用SIP作为主要的信令协议向用户提供基于因特网的多媒体服务。从逻辑上讲，所有的3G终端都包含一个SIP用户，IP多媒体网络节点就是SIP规范中所提到的。
SIP协议在IMS网络中的应用十分广泛，涉及IMS网络会话的建立，媒体协商和会话修改等。在SIP规范中，为了建立一个呼叫会话，UA通常发起请求，服务器服务路由请求，同时注册服务器提供UA的位置信息，因此需要将SIP地址映射成IP地址来进行最后的路由。3GPP IMS使用了这种机制模型架构：IMS中的用户为用户设备，而IMS中的服务器是指名为呼叫会话控制功能的网络实体。同时，3GPPIMS使用了SIP的扩展功能，主要包括SIP压缩（主要是指媒体流的压缩）、安全、制定的CSCF路由等。
