SIP协议的现状及应用研究

杨森茂

【摘要】本文首先阐述了SIP协议的基本概念，通过比较分析SIP与H323、XMPP协议的技术现状，说明SIP协议的技术优势，之后结合企业应用需求，提出如何在企业内部构建SIP协议的VOIP电话网络的建设方案，为企业建设VOIP电话系统提供科学的依据。文章最后通过介绍SIP协议在国内外开发应用的现状，说明以SIP协议为基础的VOIP电话系统是企业应用的必然趋势。

【关键词】SIP；H.323；XMPP；VOIP电话

【中图分类号】TP3 11.1 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01—0085—02

1 引言

VOIP（基于网络的语音传送）是语音通信发展的趋势。大多数电信厂商均认为，虽然目前VOIP在语音通信流量中只占很少的比例，但随着时间的推移和技术的发展，VOIP电话语音所占比例正快速增长。作为实现VOIP系统的软交换协议，会话控制协议（SIP）和H.323、XMPP协议就是其中的三大主流技术，其中，SIP信令控制协议正越来越受到人们的关注。

2 SIP协议

SIP最早源于二十世纪九十年代中期哥伦比亚大学提出的研究成果，后经IETF发布的一个标准化应用控制（信令）协议。众所周知，它可用来建立、修改以及终止多个参与者参加的多媒体会话进程。参与会话的成员可以通过单播连网、组播方式或者两者结合的形式进行通信。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、媒体编解码格式等）。

SIP协议中有客户机和服务器之分。客户机是向服务器发送sIP请求并能够与服务器建立连接的终端应用程序。用户代理（User Agent）和代理（Proxy）中都包含客户机的应用。服务器是一个逻辑实体，它响应客户机发出的SIP请求，提供接收、拒绝和重定向等服务，并回送应答的应用程序，主要包括用户代理服务器、代理服务器、重定向服务器、注册服务器等四类服务器：

SIP协议最初规定了六种信令：REGISTER、INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTIONS。其中REGISTER用于客户端向注册服务器等级和绑定用户的位置等消息；INVITE和ACK用于创建会话呼叫，成功建立呼叫会话，或者用于改变已经建立以后会话属性；BYE用以终结和断开已经建立的会话；CANCEL用于终止已经发起但还未完全建立会话的请求；OPTIONS用于查询其它用户代理和代理服务器能力。

SIP在设计上充分考虑了对其它协议的扩展适应性。它支持许多种地址描述和寻址，包括用户名@主机地址；被叫号码@PSTN网关地址；Tel：010-5 9988888普通电话的描述等。这样，SIP主叫按照被叫地址就可以识别出被叫在模拟电话网络上的位置，然后通过一个与模拟电话网络相连的语音网关发起请求呼叫。

SIP主要支持三种方式建立呼叫，包括：由用户代理客户机（UAC）直接向用户代理服务器（UAS）发起的呼叫，由用户代理客户机在重定向服务器的协助下进行的重定向呼叫和由代理服务器代表用户代理客户机向被叫发起呼叫。图1是由SIP代理建立呼叫的模型。

3 SIP和H.323、XMPP协议的比较

SIP和H.323、XMPP协议都是作为多媒体通信的应用层控信令协议设计的。H.323试图用VOIP电话替换传统的模拟通信，且只是传输方式由原来的电路交换变成了分组交换，就如同模拟传输变成数字传输。XMPP（可扩展通讯和表示协议）以Jabber协议为基础，可用于服务类实时通讯、表示和需求响应服务中的XML数据元流式传输。而SIP协议侧重于将IP电话作为因特网上的一个应用，相比较于较其它协议（如FTP，E-mail等），虽然都利用RTP作为媒体传输的协议，但H.323是一个相对复杂的协议，增加了信令和QoS的要求。

H.323采用基于抽象语法标记ASN.1和压缩编码规则的简洁的二进制编码规则发送其各种形式的信息。XMPP是基于可扩展标记语言（XML）的协议，它继承了在XML环境中灵活的扩展性，因此，基于XMPP的应用具有超强的可扩展性。而SIP以文本形式描述的协议，类似于HTTP。基于文本的编码协议，能够显而易见的表示其头域的意义，如From、To、Subject等域名。过去的实践，已经充分证明了这种不需要复杂文档说明的标准的优越性。

在电话会议支持方面，由于H.323协议中规定由多点控制单元（MCU）集中控制会议各种功能，要求所有参加会议终端都将控制消息发送到MCU，MCU极有可能成为电话会议的瓶颈；另外H.323协议只支持信令的单播功能，而不支持组播功能，限制了协议的可扩展性，同时也降低了可靠性。虽然XMPP是支持组播的消息类型，但协议本身仍需为创建方便和高效的多人视频会议进行完善。而SIP协议设计之初就设立了分布式的呼叫机制，其组播功能不仅能够便于会议控制，而且简化了用户的定位、邀请群组等，并且节约了宽带的占用。

H.323中专门定义了用于增值业务的协议，比如H.450.1、H.450.2和H.450.3等。XMPP协议经过扩展以后，可以通过发送扩展的信息来处理用户的需求，以及在XMPP的顶端建立如内容发布系统和基于地址的服务等应用程序。同样，SIP协议也可以非常方便地支持补充业务或智能业务。只要充分利用SIP已定义的方法和头域，就可以轻松实现对这些业务的支持。对于无法通过现有的方法和头域实现的业务，因SIP本身就是一种可扩展的协议，所以也可以通过扩展特定的方法和头域实现相应的智能业务，并在体系结构中增加业务代理，提供一些补充服务或与智能网设备的接口。

在H.323中，呼叫建立过程涉及到三条信令信道的协调，呼叫建立所需的时间很长。XMPP使用发布订阅协议管理多方通信中的带内通信（主要是多方数据通信），并为带外多方通信提供基础平台。在SIP中，会话请求过程是和媒体信道协商过程等一起建立的。尽管第二版的H.323协议，已经优化了呼叫请求的过程，缩短了呼叫建立会话的时间，但仍无法与SIP只需要1.5个回路时延建立呼叫相提并论。并且，H.323的呼叫信令通道和H.245控制信道需要依赖可靠的传输协议。而SIP独立于低层协议，一般使用UDP协议，通过利用自己信令层的可靠性机制来保证消息的可靠传输。

4 企业SIP电话设计方案

考虑SIP在企业网中的实际应用，本文按照SIP协议规范提出了一套VOIP电话系统设计方案，SIP终端不仅可以在企业内部网络正常应用，也可以透过企业防火墙借助互联网进行应用，图2其系统结构示意图。也就是说，企业IP电话网络中使用私有地址的SIP终端可以作为被叫被外界SIP终端呼叫。这样VOIP在企业网络的应用才有意义。

4.1 系统基本工作流程

用户注册：用户通过代理客户机自动向SIP服务器端发送注册信息；该服务器的SIP注册服务模块接收注册信息后，要先对客户端进行身份验证，确认其合法后再对该用户的状态信息、IP地址信息等进行更新。

会话建立：用户A准备发起一次与用户B通话时，首先A通过其用户代理客户机将会话请求传至SIP服务器，之后通过该服务器进一步查找用户B的有关信息，并进行精确定位，服务器判定用户B是否具有接通能力，如果可以则将用户A的呼叫请求直接转发给用户B，否则服务器直接向A返回拒绝信息。

通话过程：如果A和B之问的通信链路建立成功，则他们之间直接进行通信直至会话结束，通话结束时向代理服务器发送会话结束请求。

4.2 系统协议结构

由于SIP仅是会话初始化协议，不能像H.323协议的通信系统那样提供全部的语音会话业务，必须协同其他协议共同来建立一个完整的多媒体业务体系结构，本方案采用的协议结构如图3。在应用层，SIP协议主要负责会话的建立、管理以及性能协商等任务，由于SIP协议本身提供了可靠的响应机制，故在传输层选用UDP协议也能保证信令的正确传输。实时流协议（RTSP）用于控制“一点到多点”的多媒体数据流。系统采用了资源预留协议（RSVP）和实时传输控制协议（RTCP），以确保系统具有较高的服务质量。资源预留协议规定和分配了IP网络的资源保护技术，可将资源预留给一个或多个给定的会话，并且该会话优先于任何试图参与双方之间的其它媒体交换；实时传输控制协议用来检测并潜在地解决发送问题，从而监控会话质量和检测网络问题以达到对QoS的监控。

实时传输协议（RTP）用来实现端到端的语音数据的实时传输业务。由于使用UDP协议，得到了端到端的QoS支持，基于SIP协议的IP电话系统，在网络带宽被其它业务负载较重时，可以降低在超时连接时导致呼叫建立的延迟，因此本方案在传输层选用无状态的UDP来传送语音信息。这里以将RTP看作是在UDP协议上运行应用服务，构成支持实时数据传递所需的传输功能的不同部分。

5 国内外SIP协议的应用

自2000年6月，瑞典举行的Voice On the Net 2000展示会以来，VOIP主流通信协议的发展和变化一直为人们所重点关注。

目前，采用H.323的VOIP服务对终端设备的要求较高。XMPP协议是IETF近期发布的标准，有待进一步完善。而SIP协议优势非常明显，它简单灵活、分布控制，而且极易与其它服务集成。因此，在开发VOIP产品的同时，要关注SIP的发展，借鉴其有用之处。不可否认，在整个电信网络中，一直存在采用H.323协议统一VOIP实现的呼声，不过，电信厂商和运营公司均承认SIP的灵活性，并已采取行动利用SIP协议开发相关应用产品。

微软公司：早在2000年，微软公司就推出了基于SIP协议的即时通信产品，经过不断优化和升级，其最新的版本是LYNC 2013，LYNC 2013提供了在线状态、即时消息、语音、视频、WEB会议等功能，已经占据了国际统一通信大部分市场。

AVAYA：从2004年就已经开始着手基于SIP的产品及解决方案的研发，而Avaya在SIP上的定位也非常明确，所以在解决方案的规划上，Avaya力求把SIP和原有的应用层解决方案紧密融合。并在原有应用的基础上扩展由于SIP的引入而增加的新的功能。CCS服务器是Avaya最新的SIP服务集成解决方案，CCS服务器集成了SIP中几乎所有的主要服务器功能，为企业基于SIP的通信网络提供集成的服务。

华为公司：近年来，华为公司认为随着基于SIP的VoIP实现门槛越来越低，语音业务将逐步退出主导地位，成为一种最基本的业务。因此，华为公司不仅仅发布了基于SIP的语音网关产品，如：迅时MX51系列语音网关；还推出了基于SIP的融合通信产品eSpace。

据美国一家资讯公司对VOIP相关协议的实际应用情况和未来前景的预测，到2015年，SIP应用将达到全部VOIP相关安装协议的46%，而H.323今后的应用比例将逐步下降。

6 结论

通过近20年的应用与完善，SIP协议已经发展成为与H.323同样成熟的信令控制协议，而且相较于H.323，SIP具有灵活的可扩展特性等优势，业已被广大电信厂商所认可。事实上，企业建设基于SIP协议的VoIP电话系统具有投资小、成本低、方便实用，可靠性强、安全性好等优点，已经成为企业建设语音通信系统的首选方案。