Sip协议

会话初始协议。SIP是IETF标准进程的一部分,它是在诸如SMTP(简单邮件传送协议)和HTTP(超文本传送协议)基础之上建立起来的(请求应答的通讯模式)。微信采用了自主研发的SYNC协议,他通过“握手”来同步消息(差值,降低数据量),采用Server通知/Client主动获取的交互方式。其优点包括:简化交互方式、增量传输数据、可靠有序传输、消息重传控制

SIP服务器是IP PBX的主要组件,负责建立网络中所有的SIP电话通话。SIP服务器也叫SIP代理服务器或注册服务器。

通常情况下,SIP服务器不参与媒体处理过程。在SIP网络中,媒体一般总是采用端到端协商的处理方式。在某些特殊情况或者业务处理中,例如Music On Hold,SIP服务器也会主动参与媒体协商。RTP要不要中转,就看sip server是如何处理了:1)如果sip server修改了sip里的SDP的地址和端口,那就要中转。你看你的cfg配置文件里是不是使用了use_media_proxy(). 2)sip server不修改SDP,就不中转。此时SDP里面是客户端的内网的IP和端口(一般默认是7078),如果客户端通过stun方式,那SDP里面的IP就是客户端的外网的NAT映射地址和端口。

简单的SIP服务器只负责会话的建立、维护和清除,不过多干涉呼叫。而相对比较复杂的SIP服务器,一般又称为SIP PBX,则不仅仅提供对基本呼叫、基本会话的支持,还提供丰富的业务,例如Presence、Find-me、Music On Hold等等。

大部分SIP服务器都是基于linux平台,典型代表为:OpenSER、sipXecx等。

也有部分SIP服务器是基于windows平台,典型代表为:miniSipServer、Brekeke等。

Sip协议

INVITE

主叫方Tesla首先发起 INVITE 消息到被叫方Marconi。INVITE 消息包含会话类型和一些呼叫所必须的参数。会话类型可能是单纯的语音,也可能是网络会议所用的多媒体视频,还可能是游戏会话。下面是消息体范例,我们来详细分析各个字段的意义。

INVITE sip:marconi@radio.org SIP/2.0
    <= 请求方法、请求地址(Request-URI)、SIP 版本号(目前都是 SIP/2.0)
       <= 请求地址一般就是被叫方地址,跟 MSN 中好友 eMail 地址类似

Via: SIP/2.0/UDP
lab.high-voltage.org:5060;branch=z9hG4bKfw19b
    <=SIP 版本号(2.0)、传输类型(UDP)、呼叫地址、
        <=branch是一随机码,它被看作传输标识
       
<=Via 字段中地址是消息发送方或代理转发方设备地址,一般由主机地址和端口号组成
        <=传输类型可以为 UDP、TCP、TLS、SCTP

Max-Forwards: 70
    <=最大跳跃数,就是经过 SIP 服务器的跳跃次数,主要是防止循环跳跃
    <=每经过一台代理服务器,该整数减一

To: G. Marconi
<sip:Marconi@radio.org>
From: Nikola Tesla <sip:n.tesla@high-voltage.org>;tag=76341
    <=表示请求消息的发送方和目标方
        <=如果里面有用户名标签,地址要求用尖括号包起来
        <=对于 INVITE 消息,可以在 From 字段中包含 tag,它也是个随机码

Call-ID: 123456789@lab.high-voltage.org
   <=呼叫ID是由本地设备生成的,全局唯一值。每次呼叫该值唯一不变
        <=对于用户代理发送 INVITE 消息,本地将生成 From tag 和 Call-ID 全局唯一码,被叫方代理则生成 To tag 全局唯一码。这三个随机码做为整个对话中对话标识(dialog indentifier)在通话双方使用。

CSeq: 1 INVITE
    <=CSeq,又叫命令队列(Command Seqence),每发送一个新的请求,该数自动加1
* 以上几个字段是所有 SIP 消息体所必须的,其它头字段有些是可选的,有些在特定请求也是必须

Subject: About That Power Outage...
Contact: <sip:n.tesla@lab.high-voltage.org>
   <=Contact 是 INVITE 消息所必须的,它用来路由到被叫设备地址,也称为用户代理(UA)
Content-Type:
application/sdp
Content-Length: 158
    <=最后两位附属字段说明消息体类型以及字段长度

v=0    <=SDP版本号,目前都是 0
o=Tesla
2890844526 2890844526 IN IP4 lab.high-voltage.org    <=主叫源地址,类型等
s=Phone Call   <=主题
c=IN IP4
100.101.102.103   <=连接
t=0
0   <= 时间戳
m=audio 49170
RTP/AVP 0   <=媒体
a=rtpmap:0
PCMU/8000    <=媒体属性

<=从上面 SDP 消息体我们可以得出下面信息
        <=连接 IP 地址:100.101.102.103
        <=媒体格式:audio
       
<=端口号:49170
        <=媒体传输类型:RTP
        <=媒体编码:PCM u Law
        <=采样率:8000 Hz

180 Ringing

当 被叫方接收到 INVITE 请求消息后,将回复 180 Ringing。顾名思义,就是发回铃音,提示主叫方电话已连接上了,正等待被叫应答。被叫方接收到 INVITE 消息后也会发生响铃或者其它有呼入提示,这由被叫方设定(我们可以把它想象成我们自己设定手机铃声)。对于 180 响应又被称为“消息及时响应”,它是一种用来测试被叫状态的一种响应。因此它所包含的信息不多,具体 180 响应消息如下:

SIP/2.0 180 Ringing
Via: SIP/2.0/UDP lab.high-voltage.org:5060;branch=z9hG4bKfw19b
;received=100.101.102.103    <=这里增加一个 received 参数,标识接收方 IP 地址
To: G. Marconi
<sip:marconi@radio.org>;tag=a53e42   <=上已提到,To tag 做为被叫方标识
From: Nikola
Tesla <sip:n.tesla@high-voltage.org>;tag=76341 <=要求很发送方 From tag 一致
Call-ID: 123456789@lab.high-voltage.org
CSeq: 1 INVITE
Contact: <sip:marconi@tower.radio.org>
Content-Length: 0
    <=对于 180 Ringing 响应,基本上就是将 INVITE 的 Via、To、From、Call-ID 和 CSeq 内容复制过来,对于首行标出 SIP 版本号,响应代码(180)和动作原因(reason phrase)
    <=注意这里 From 和 To 地址,因为它们用来指定呼叫方向,因此这里的 200 OK 响应并没有将地址对调,仍然保持原样。一点不同的是 To 头字段添加了由被叫方 Marconi 生成的 tag 标识

200 Ok

被叫响铃后,如果被叫用户 Marconi 接起电话,则发出 200 OK 响应。这个响应除了做为接通指示之外,还有一个功能是用来指定被叫允许的连接媒体格式,让主叫方确认是否可以接收该媒体。
消息体如下

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP lab.high-voltage.org:5060;branch=z9hG4bKfw19b
;received=100.101.102.103
To: G. Marconi <sip:marconi@radio.org>;tag=a53e42
From: Nikola Tesla <sip:n.tesla@high-voltage.org>;tag=76341
Call-ID: 123456789@lab.high-voltage.org
CSeq: 1 INVITE
Contact: <sip:marconi@tower.radio.org>
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 155
   <=头字段部分基本同上
v=0
o=Marconi 2890844528 2890844528 IN IP4 tower.radio.org
s=Phone Call
c=IN IP4 200.201.202.203
t=0 0
m=audio 60000 RTP/AVP 0
a=rtpmap:0 PCMU/8000

<=从上面 SDP 消息体我们可以得出下面信息
        <=终端 IP 地址:200.201.202.203
        <=媒体格式:audio
        <=端口号:60000
        <=媒体传输类型:RTP
        <=媒体编码:PCM u Law
        <=采样率:8000 Hz

ACK

通话前最后一步是主叫方确认 200 OK响应。该项确认证明连接被允许,即将使用另一种协议开始媒体连接。这另一种协议是上面在 SDP 消息段中所协商好的 RTP 格式。该 ACK 响应内容如下:

ACK sip:marconi@tower.radio.org SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP lab.high-voltage.org:5060;branch=z9hG4bK321g
Max-Forwards: 70
To: G. Marconi <sip:marconi@radio.org>;tag=a53e42
From: Nikola Tesla <sip:n.tesla@high-voltage.org>;tag=76341
Call-ID: 123456789@lab.high-voltage.org
CSeq: 1 ACK
Content-Length: 0

BYE

通话完毕后,由被叫方 Marconi 首先挂机,发送 BYE 请求命令。注意这回由 Marconi 做为主叫方了,因此 Via 字段和 From、To 与 INVITE 字段有所不同。其实也就是倒置。

BYE sip:n.tesla@lab.high-voltage.org SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP tower.radio.org:5060;branch=z9hG4bK392kf
Max-Forwards: 70
To: Nikola Tesla <sip:n.tesla@high-voltage.org>;tag=76341
From: G. Marconi <sip:marconi@radio.org>;tag=a53e42
Call-ID: 123456789@lab.high-voltage.org
CSeq: 1 BYE
Content-Length: 0

200 OK

BYE 之后,要求被叫方发 200 Ok 确认,也就是让主叫知道被叫已经知道你挂断了。(注意这里所说的主被叫角色已经倒过来了)打个比方,通话之后,有一方要求挂机,另一方需要知道它已经挂机了。

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP tower.radio.org:5060;branch=z9hG4bK392kf
;received=200.201.202.203
To: Nikola Tesla <sip:n.tesla@high-voltage.org>;tag=76341
From: G. Marconi <sip:marconi@radio.org>;tag=a53e42
Call-ID: 123456789@lab.high-voltage.org
CSeq: 1 BYE
Content-Length: 0

到此,就是最简单的呼叫过程。该过程简单在于两个终端之间没有其它设备,完全的点对点连接,它们之间只需要知道对方 IP 地址即可。现实生活中这种呼叫形式是很少见的。

实时传输协议(RTP)为数据提供了具有实时特征的端对端传送服务。RTP 本身并没有提供按时发送机制或其它服务质量(QoS)保证,它依赖于低层服务去实现这一过程。 RTP 并不保证传送或防止无序传送,也不确定底层网络的可靠性。 RTP 实行有序传送, RTP 中的序列号允许接收方重组发送方的包序列,同时序列号也能用于决定适当的包位置,例如:在视频解码中,就不需要顺序解码。

微信(Sync协议):

TCP长连接

Sip协议

如何获取新数据呢:

  1. 服务器端通知,客户端获取
  2. 客户端携带最新的SyncKey,发起数据请求
  3. 服务器端生成最新的SyncKey连同最新数据发送给客户端
  4. 基于版本号机制同步协议,可确保数据增量、有序传输
  5. SyncKey,由服务器端序列号生成器生成,一旦有新消息产生,将会产生最新的SyncKey。类似于版本号
  6. 服务器端通知有状态更新,客户端主动获取自从上次更新之后有变动的状态数据,增量式,顺序式。
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