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SIP（Session Initiation Protocol，会话初始协议）是一个用于建立、更改和终止多媒体会话的应用层控制协议，其中的会话可以是IP电话、多媒体会话或多媒体会议。SIP是IETF多媒体数据和控制体系结构的核心协议（最新RFC文档是RFC 3261）。其主要目的是为了解决IP网中的信令控制，以及同软交换平台的通信，从而构成下一代的增值业务平台，对电信，银行，金融等行业提供更好的增值业务。
SIP用于发起会话，它能控制多个参与者参加的多媒体会话的建立和终结，并能动态调整和修改会话属性，如会话带宽要求、传输的媒体类型（语音、视频和数据等）、媒体的编解码格式、对组播和单播的支持等。SIP协议基于文本编码，大量借鉴了成熟的HTTP协议，并且具有易扩展，易实现等特点，因此非常适合用来实现基于因特网的多媒体通信系统。
根据RFC 2327的定义，多媒体会话（Multimedia Session）是指一组多媒体发送者和接受者，以及从发送者到接受者的数据流。例如一个多媒体会议就是一个多媒体会话。一个会话由一组用户名称、会话ID、网络类型、地址类型以及各个单元的地址来确定。
用户代理（UA，User Agent）也称SIP终端，是指支持SIP协议的多媒体会话终端。一般使用支持SIP协议的路由器作为SIP UA。
UA包括用户代理客户机（UAC，User Agent Client）和用户代理服务器（UAS，User Agent Server）。一般说的UA均是指二者的总称，因为一个SIP终端既要做UAC发起呼叫，同时也要做UAS接收呼叫。
用户代理客户机是指在SIP会话建立过程中主动发送会话请求的设备。例如，主叫SIP终端。当代理服务器向被叫终端发送会话请求时，它就成为用户代理客户机。
用户代理服务器是指在SIP会话建立过程中接收会话请求的设备。例如，被叫SIP终端。当代理服务器接收主叫终端发送会话请求时，也作为用户代理服务器。
代理服务器（Proxy Server）的作用就是传递主叫UA发送的会话请求到被叫UA，然后将被叫UA的响应传递回主叫UA，它相当于主叫UA和被叫UA之间传递会话消息的一座桥梁。代理服务器在接收到主叫UA的会话请求后，首先要向注册服务器请求查找被叫UA的位置以及主、被叫UA的呼叫策略信息。只有找到被叫UA并且此呼叫是允许的，代理服务器才会向被叫UA发送会话请求。代理服务器一般在SIP会话中都是需要的。
重定向服务器（Redirect Server）是向主叫UA指明重新呼叫被叫UA的位置的设备。如果主叫UA呼叫被叫UA，当重定向服务器收到主叫UA发送的会话请求消息后，查找被叫UA的位置信息，然后将其返回给主叫UA，使主叫UA重新向该位置发起会话请求。此位置可以是被叫UA的位置，也可以是一个代理服务器的位置。接下来主叫UA如同直接呼叫被叫UA或者向代理服务器呼叫的流程一样。
位置服务器（Location Server）是为代理服务器和重定向服务器等提供UA信息的设备。位置服务器记录了注册服务器接收到的UA的信息。位置服务器与注册服务器通常在同一个设备上。
注册服务器（Registrar Server）接受用户注册，注册的内容（如本地号码等信息）一般是存储在位置服务器上，供后续查询使用。二者都是逻辑组件，一般存在于同一台服务器上。
SIP主要有五个基本功能：
l 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。
l 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：用户名@主机地址（如ab@172.18.24.10）、被叫号码@PSTN网关地址（123456@172.18.24.11）和普通电话号码（如010-12345678）的描述等。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。
l 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。
l 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。
l 管理会话：可以更改会话参数或中止会话。
SIP的特点如下：
l 标准的开放性。可以将不同运营商引进的各种新的功能、产品和服务整合在一起，供用户自由地选择。
l 配置的灵活性。兼容多种拨号方式，能在有线或无线的设备上实现，可以进行高度灵活的配置，并且能够和其它系统协同工作。
l 系统可扩容性。随着企业规模的扩大，系统也可以随之扩充。
l 支持远端用户。无论用户身在何方，都可以将企业的网络延伸到那里。
l 企业各部分通讯方式的一致性。分支机构、家庭办公室和出差人员使用同样的拨号方式和系统访问方式，便于管理。
l 迅速启动。当建立新的分支机构、吸纳新的员工，或重新安排员工工作或改变其工作地点时，系统相应变更非常迅速。
l 易安装、可维护。非专业人士也可以安装或维护SIP系统。
SIP消息采用文本方式编码，包括请求消息与响应消息两类。
SIP请求消息包括INVITE、ACK、OPTIONS、BYE、CANCEL和REGISTER。INVITE请求消息用于邀请用户加入一个呼叫。RFC 3261定义的请求消息有以下五种。
l INVITE请求消息用于邀请用户加入一个呼叫。
l ACK：用于对请求消息的响应消息进行确认。
l OPTIONS：用于请求协商能力信息。
l BYE：用于释放已建立的呼叫。
l CANCEL：用于释放尚未建立的呼叫。
l REGISTER：用于向SIP注册服务器登记用户位置等信息。
SIP响应消息用于对请求消息进行响应，指示呼叫或注册的成功或失败状态。不同类的响应消息由状态码来区分，状态码包含三位整数，状态码的第一位用于定义响应类型，另外两位用于进一步对响应进行更加详细的说明。响应消息的分类表1所示。
状态码编号 | 消息含义 | 消息归类 |
100~199 | 请求被收到，正在处理中 | 临时消息 |
200~299 | 收到请求，并被成功处理，接受该请求 | 处理成功 |
300~399 | 要完成该请求需要更进一步的操作 | 重定向 |
400~499 | 消息语法错误，服务器不能处理该请求 | 客户端出错 |
在完整的SIP系统中，所有的SIP终端作为User Agent都应该向注册服务器登记注册，以告知其位置、会话能力、呼叫策略等信息。
通常，SIP终端开机启动或者配置管理员执行注册操作时，就向注册服务器发送注册请求消息（Register），该消息中携带了所有需要登记的信息。注册服务器收到注册请求消息后向终端发送回应消息，以告知其请求消息已收到。如果注册成功，就再向终端发送“OK”消息。如图1所示。
图1 UA向Registrar注册的消息交互
SIP协议采用Client/Server模型，主要通过UA与代理服务器之间的通信来完成用户呼叫的建立过程。
图2 UA通过Proxy Server建立呼叫
如图2所示，Telephone A需要呼叫电话Telephone B，两台路由器作为SIP终端（UA）。当Telephone A拨完电话Telephone B的号码后，Router A向Proxy Server发送会话请求消息。Proxy Server通过查找Telephone B的号码所对应的信息，向Router B发送会话请求消息。Router B收到请求后，如果Telephone B可用，就向Proxy Server发送应答，并使Telephone B振铃。Proxy Server收到应答后，向Router A发送应答消息。这里所说的应答包括：两个临时应答（100 Trying 和180 Ringing）和一个成功应答（200 OK）。整个过程中的消息交互如图3所示。
图3 UA通过Proxy Server建立呼叫的流程图
这个例子是一种简单的应用，只使用了一个代理服务器。在复杂的应用中，可以有多个代理服务器，以及注册服务器。
SIP重定向服务器收到会话请求消息后，不是转发会话请求消息，而是在回应消息中告知被叫SIP终端的地址。主叫终端从而重新直接向被叫终端发送会话请求消息。被叫终端也将直接向主叫终端发送应答消息。呼叫过程的消息交互如图4所示。
图4 UA重定向呼叫流程图
这是比较常见的一种应用。从原理上来说，重定向服务器也可以向主叫终端回复一个代理服务器的地址，接下来的呼叫过程就和使用代理服务器的呼叫过程一样。
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