视频通讯使用的SIP协议详解
疯狂代码2020-03-07 18:27
2013年参与过一个“视频通讯的App”项目，使用Sip协议通信。当时通信协议这块不是自己负责，加上时间紧、任务重等方面的原因，一直未对Sip协议进行过深入的了解。
2020年春天疫情突发，宅在家里终于有了空余时间。这里来详细了解一下Sip协议。
以下内容大致分为以下几个部分：
协议简介两种Sip会话模式Session Model与Pager Model；Sip 消息体结构Sip 消息举例一、Sip协议简介：
SIP（Session Initiation Protocol，会话初始协议）是由IETF（Internet Engineering Task Force，因特网工程任务组）制定的多媒体通信协议。广泛应用于CS（Circuit Switched，电路交换）、NGN（Next Generation Network，下一代网络）以及IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）的网络中，可以支持并应用于语音、视频、数据等多媒体业务，同时也可以应用于Presence（呈现）、Instant Message（即时消息）等特色业务。可以说，有IP网络的地方就有SIP协议的存在。
SIP是类似于HTTP，SIP可以减少应用特别是高级应用的开发时间。由于基于IP协议的SIP利用了IP网络，固定网运营商也会逐渐认识到SIP技术对于他们的远意义。
二、Sip消息的两种会话模式
在Sip IM通信应用过程中，一般存在着两种会话模式：
Session ModelPager Model2.1、Session Model
会话中，对于消息体内容大于1300字节时，一般采用Session Model。其会话建立过程如下图所示：
主叫方A呼叫被叫方B：
步骤1：主叫方A发送INVITE请求到代理服务器；步骤2：代理服务器发送100 Trying 响应主叫方A；步骤3~6：代理服务器搜索被叫方B的地址，获取地址后转发INVITE请求；步骤7~9：被叫方B生成的180 振铃响应，返回给主叫方A；步骤10~12：被叫方B生成的200 OK响应，返回给主叫方A；步骤13~17：主叫方A收到被叫方B200 OK响应后，向被叫方B发送一个ACK，会话建立；步骤18~20：会话结束后，任何参与者（A或B）都可以发送一个BYE请求来终止会话；步骤21~23：主叫方A发送200 OK响应来确认BYE，会话终止。注：以上的整个流程称之为一个Dialog
2.2、Pager Model
在Sip消息中，对于消息体不大于1300字节时，一般采用Pager Model。Sip消息通信中采用MESSAGE方法，MESSAGE方法本身并不建立Dialog，在多数应用中，每条IM消息都是独立的，颇似分页消息。
2.2.1 MESSAGE方法的由来
RFC3428对Sip协议进行了扩展，在Sip协议中增加了MESSAGE请求方法。采用Pager Model进行通信，传递不超过1300字节的数据。
2.2.2 MESSAGE方法消息体
当User1想给User2发送IM消息时，只需构造一个MESSAGE，发出去即可。
对于其消息体body可以是任何MIME格式。但必须支持plain/text格式，可以选择支持message/cpim（见RFC3860）格式，可能用message/cpim会好一点，因为已有的IM系统标准是message/cpim格式。
2.2.3 Pager Model请求流程如下
以User1向User2发送MESSAGE消息为例：
步骤1：User1发送MESSAGE请求到代理服务器；步骤2：代理服务器转发User1的MESSAGE请求给USER2；步骤3：User2收到User1的消息后，回复200 OK给代理服务器；步骤7~9：代理服务器转发200 OK回复给User1
三、SIP消息体格式
SIP消息体结构与Http协议结构相似，均由三部分组成：
请求行(request-line) or 状态行(status-line)消息头(header)正文(body)3.1、请求行
请求行格式：Method Request-URI SIP-Version CRLF
请求行举例：INVITE SIP/2.0 /r/n
Method 以下列出了几种消息Method方法：
Request-URI
指示请求的用户或者服务的地址信息
SIP-Version请求和响应消息都需要包含SIP版本信息
3.2、状态行
状态行格式：
SIP-Version Status-Code Reason-Phrase CRLF
状态行举例：
SIP/2.0 200 OK /r/n
Status-Code状态码：状态代码由3位数字组成，表示请求是否被理解或被满足。
状态代码的第一个数字定义了响应的类别，后面两位没有具体的分类。
第一个数字有五种可能的取值：
常用的状态码举例：
3.3、消息头
发送MESSAGE消息给user2
Header 字段含义说明：
四、SIP消息举例
这里举两个例子：
MESSAGE消息（Pager Mode）REGISTER消息4.1、MESSAGE消息（Pager Model）
以User1发送MESSAGE消息给user2为例：
步骤1：User1发送MESSAGE请求到代理服务器
步骤2：代理服务器转发User1的MESSAGE请求给USER2
代理服务器收到步骤1请求，到数据库中查找User2（注册过程中生成数据库），随后生成步骤2的数据。
步骤3：User2收到User1的消息后，回复200 OK给代理服务器
直接回应（200-OK） 没有Body，也不携带Contact头域
步骤4：代理服务器转发200 OK回复给User1
代理服务器收到回复后，去掉最顶端的Via，转发如下消息给User1
4.2、REGISTER消息
首先举例一个非鉴权注册消息。
4.2.1 非鉴权注册消息
192.168.2.161机器发送注册消息给192.168.2.89服务器：
当注册成功（回送200 OK）时，服务器发送的res消息参考如下：
4.2.2 鉴权注册消息
当需要鉴权注册时
请求端192.168.2.161发送注册消息给192.168.2.89服务器服务器对192.168.2.161发送“401 Unauthorized”信息给请求端，提示请求端需要带上鉴权信息重新注册请求端带上鉴权信息后（带有“Authorization”头字段）重新向服务器注册服务器验证鉴权头的正确性，如果鉴权成功，给请求端发送200 OK消息。若失败，继续发送401消息。请求端192.168.2.161发送注册消息给192.168.2.89服务器
服务器对192.168.2.161发送401 Unauthorized信息给请求端，提示请求端需要带上鉴权信息重新注册：
请求端192.168.2.161通过Authorization头字段带上鉴权头信息，发送一个新的REGISTER消息：
服务器验证鉴权头的正确性，如果鉴权成功，给请求端发送200 OK消息。若失败，继续发送401消息
五、CPIM消息格式：
Message/CPIM是一个两部分实体，第一部分为消息元数据，第二部分为消息内容。这两部分与包装好的MIME头域相互独立，并且两部分之间用空格行隔开。消息元数据头信息遵循比MIME消息内容的头格式更严格的格式要求。
一个完整的消息格式如下：
m: Content-type: Message/CPIM
s:
h: (message-metadata-headers)
s:
e: (encapsulated MIME message-body)
其中，标签“m：”，“s：”，“h：”，“x：”并不是消息格式的一部分，而是用来区分消息的不同部分。具体含义如下：
m: 整个消息的MIME消息头
s: 空格分隔行
h: 消息头
e: 包含消息内容在内的封装好的MIME对象
x: 符合MIME安全的若干消息包装
u Message/CPIM消息的MIME消息头（m：）
消息的MIME消息头表示该消息采用的CPIM格式。具体形式为：
Content-type: Message/CPIM
u 消息头（h：）
在传输过程中，消息头的格式、顺序及内容都不能被修改。
具体格式为：Key：Value
对消息头的要求有：
确保一个消息头在同一行；
每行一个消息头；
处理器不能对消息头的长度限制；
消息头的开始和结尾不能出现空格；
必须使用UTF-8字符；
使用CR，LF结束该行；
消息头名称只能包含US ASCII码字符；
不能包含任何控制字符；
消息头名称冒号后必须有一个空格；
多行可以使用相同的消息头；
消息 头必须配对；
在不能识别消息头的情况下，该消息头将被忽略；
消息头的顺序不能改变；
例如：
To: Pooh Bear
From:
DateTime: 2001-02-02T10:48:54-05:00
CPIM定义的消息头有：NS、Require、From、To、cc、DateTime、Sunject。
下面是一个Message/CPIM消息的例子：
m: Content-type: Message/CPIM
s:
h: From: MR SANDERS
h: To: Depressed Donkey
h: DateTime: 2000-12-13T13:40:00-08:00
h: Subject: the weather will be fine today
h: Subject:;lang=fr beau temps prevu pour aujourd'hui
h: NS: MyFeatures
h: Require: MyFeatures.VitalMessageOption
h: MyFeatures.VitalMessageOption: Confirmation-requested
h: MyFeatures.WackyMessageOption: Use-silly-font
s:
e: Content-type: text/xml; charset=utf-8
e: Content-ID
e:
e: <body>
e: Here is the text of my message.
e: </body>
为了确保Message/CPIM的安全性，应用部署可以使用RFC1847，或其它合适的安全协议（如S/MIME或openPGP）对上述消息加密。
使用S/MIME和pkcs7，上述消息变为：
x: Content-Type: multipart/signed; boundary=next;micalg=sha1; protocol=application/pkcs7-signature
x:
x: --next
m: Content-Type: Message/CPIM
s:
h: From: MR SANDERS
h: To: Dopey Donkey
h: DateTime
h: Subject: the weather will be fine today
h: Subject:;lang=fr beau temps prevu pour aujourd'hui
h: NS: MyFeatures
h: Require: MyFeatures.VitalMessageOption
h: MyFeatures.VitalMessageOption: Confirmation-requested
h: MyFeatures.WackyMessageOption: Use-silly-font
s:
e: Content-type: text/xml; charset=utf-8
e: Content-ID:
e:
e: <body>
e: Here is the text of my message.
e: </body>
x: --next
x: Content-Type: application/pkcs7-signature
x:
x: (signature stuff)
:
x: --next--
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