一文读懂SIP协议

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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 Model

Pager Model

2.1、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：

SIP协议Session Model

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。MESSAGE方法详细可参考 “SIP-RFC3428”。

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、message/sdp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。

注：想了解CPIM消息格式的同学可参考：CPIM 消息格式：注：想了解SDP消息格式的同学可参考：SDP 消息格式：https://xiaxl.blog.csdn.net/article/details/104723834

2.2.3 Pager Model请求流程如下

以User1向User2发送MESSAGE消息为例：

Pager Model

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:[email protected] SIP/2.0 /r/n

Method以下列出了几种消息Method方法：

Method方法说明REGISTER注册联系信息INVITE发起会话请求ACKINVITE 请求的响应的确认CANCEL取消请求BYE终结会话OPTIONS查询服务器能力MESSAGERFC3428对Sip协议的扩展，增加了MESSAGE方法。采用Pager Model进行通信，传递不超过1300字节的数据。MESSAGE方法详细可参考 “SIP-RFC3428”

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：

状态码含义1xx:临时响应、表示请求消息正在被处理2xx成功响应、表示请求已被成功接收完全理解并接收3xx重定向响应、表示需采取进一步完成请求4xx客户机错误、表示请求消息中包含语法错误信息或服务器无法完成客户机的请求5xx服务器错误、表示服务器无法合法完成请求6xx全局故障 、表示任何服务器都无法完成该请求

常用的状态码举例：

状态码msg含义100Trying试呼叫180Ringing振铃181Call is Being Forwarded呼叫正在前转200OK成功响应302Moved Temporarily临时迁移400Bad Request错误请求401Unauthorized未授权403Forbidden禁止404Not Found用户不存在408Request Timeout请求超时480Temporarily Unavailable暂时无人接听486Busy Here线路忙504Server Time-out服务器超时600Busy Everywhere全忙3.3、消息头

发送MESSAGE消息给user2

MESSAGE sip:[email protected] SIP/2.0Via: SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com;branch=z9hG4bK776sgdkseMax-Forwards: 70From: sip:[email protected];tag=49583To: sip:[email protected]: [email protected]: 1 MESSAGEContent-Type: text/plainContent-Length: 18user2, come here.

Header 字段含义说明：

Header含义说明举例Call-ID由本地设备(Client)生成，全局唯一，每次呼叫这个值唯一不变Call-ID: [email protected]表示请求的发起者From: sip:[email protected];tag=49583To表示请求的接收者To: sip:[email protected]头域是被服务器插入request中，用来检查路由环的，并且可以使response根据via找到返回的路Via: SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com;branch=z9hG4bK776sgdkseMax-Forwards用于表示这个包最多可以传送多少跳，每经过一跳都会减一当Max-Forwards==0系统会返回483。默认为70Max-Forwards: 70Contact包含源的URI信息，用来给响应方直接和源建立连接用Contact:Content-Type指明消息体的类型 (SDP会话描述协议)Content-Type: text/plain；Content-Type: application/sdp; Content-Type: application/cpim;Content-Length指明消息体的字节大小Content-Length: 18

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：

Pager Model步骤1：`User1`发送`MESSAGE`请求到`代理服务器`MESSAGE sip:[email protected] SIP/2.0Via: SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com;branch=z9hG4bK776sgdkseMax-Forwards: 70From: sip:[email protected];tag=49583To: sip:[email protected]: [email protected]: 1 MESSAGEContent-Type: text/plainContent-Length: 18user2, come here.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。

MESSAGE sip:[email protected] SIP/2.0Via: SIP/2.0/TCP proxy.domain.com;branch=z9hG4bK123dsghdsVia: SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com;branch=z9hG4bK776sgdkse;                                              received=1.2.3.4Max-Forwards: 69From: sip:[email protected];tag=49394To: sip:[email protected]: [email protected]: 1 MESSAGEContent-Type: text/plainContent-Length: 18user2, come here.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

SIP/2.0 200 OKVia: SIP/2.0/TCP proxy.domain.com;branch=z9hG4bK123dsghds;                                            received=192.0.2.1Via: SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com;;branch=z9hG4bK776sgdkse;                                               received=1.2.3.4From: sip:[email protected];tag=49394To: sip:[email protected];tag=ab8asdasd9Call-ID: [email protected]: 1 MESSAGEContent-Length: 0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

SIP/2.0 200 OKVia: SIP/2.0/TCP user1pc.domain.com;branch=z9hG4bK776sgdkse;                                              received=1.2.3.4From: sip:[email protected];;tag=49394To: sip:[email protected];tag=ab8asdasd9Call-ID: [email protected]: 1 MESSAGEContent-Length: 04.2、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：

REGISTER sip:192.168.2.89 SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:10586Max-Forwards: 70From: <sip:@192.168.2.89>;tag=ca04c1391aff2c4dfbe5e1b2e;epid=4f2eTo: <sip:@192.168.2.89>Call-ID: [email protected]: 1 REGISTERContact: <sip:192.168.2.161:10586>;methods="INVITE, MESSAGE, INFO, SUBSCRIBE, OPTIONS, BYE, CANCEL, NOTIFY, ACK, REFER"User-Agent: RTC/1.2.4949 (BOL SIP Phone 1005)Event: registrationAllow-Events: presenceContent-Length: 0

当注册成功（回送200 OK）时，服务器发送的res消息参考如下：

SIP/2.0 200 OKVia: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:10586From: <sip:@192.168.2.89>;tag=ca04c1391aff2c4dfbe5e1b2e;epid=4f2eTo: <sip:@192.168.2.89>;tag=-00834-14d0805b62bc026dCall-ID: [email protected]: 1 REGISTERAllow: INVITE,ACK,OPTIONS,BYE,CANCEL,REGISTER,INFO,UPDATE,PRACK,REFER,SUBSCRIBE,NOTIFY,MESSAGEContact: sip:192.168.2.161:10586Content-Length: 0Expires: 36004.2.2 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

REGISTER sip:192.168.2.89 SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:8021Max-Forwards: 70From: <sip:@192.168.2.89>;tag=efcace4788a6a6a2c7b66cd01f;epid=dedTo: <sip:@192.168.2.89>Call-ID: [email protected]: 1 REGISTERContact: <sip:192.168.2.161:8021>;methods="INVITE, MESSAGE, INFO, SUBSCRIBE, OPTIONS, BYE, CANCEL, NOTIFY, ACK, REFER"User-Agent: RTC/1.2.4949 (BOL SIP Phone 1005)Event: registrationAllow-Events: presenceContent-Length: 0

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：

SIP/2.0 401 UnauthorizedVia: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:8021From: <sip:@192.168.2.89>;tag=efcace4788a6a6a2c7b66cd01f;epid=dedTo: <sip:@192.168.2.89>;tag=--38ba013ba3dde36eCall-ID: [email protected]: 1 REGISTERAllow: INVITE,ACK,OPTIONS,BYE,CANCEL,REGISTER,INFO,UPDATE,PRACK,REFER,SUBSCRIBE,NOTIFY,MESSAGEContact: <sip:192.168.2.89:14010>Content-Length: 0WWW-Authenticate: Digest realm="192.168.2.89", qop="auth", nonce="e17d377c3d2d9c343e26576a7fddfc10", opaque="", stale=FALSE, algorithm=MD5

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：

REGISTER sip:192.168.2.89 SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:8021Max-Forwards: 70From: <sip:@192.168.2.89>;tag=efcace4788a6a6a2c7b66cd01f;epid=dedTo: <sip:@192.168.2.89>Call-ID: [email protected]: 2 REGISTERContact: <sip:192.168.2.161:8021>;methods="INVITE, MESSAGE, INFO, SUBSCRIBE, OPTIONS, BYE, CANCEL, NOTIFY, ACK, REFER"User-Agent: RTC/1.2.4949 (BOL SIP Phone 1005)Authorization: Digest username="", realm="192.168.2.89", qop=auth, algorithm=MD5, uri="sip:192.168.2.89", nonce="e17d377c3d2d9c343e26576a7fddfc10", nc=, cnonce="", response="f57e47ceb9ced07362ce2b79"Event: registrationAllow-Events: presenceContent-Length: 0

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

SIP/2.0 200 OKVia: SIP/2.0/UDP 192.168.2.161:8021From: <sip:@192.168.2.89>;tag=efcace4788a6a6a2c7b66cd01f;epid=dedTo: <sip:@192.168.2.89>;tag=--a5eb977c8969aa51Call-ID: [email protected]: 2 REGISTERAllow: INVITE,ACK,OPTIONS,BYE,CANCEL,REGISTER,INFO,UPDATE,PRACK,REFER,SUBSCRIBE,NOTIFY,MESSAGEContact: sip:192.168.2.161:8021Content-Length: 0Expires: 3600

五、参考：

Sip—RFC3428：

MSRP—RFC4975：https://tools.ietf.org/html/rfc4975

CPIM消息格式：

= THE END =

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