SIP协议的现在与未来
SIP协议的现在与未来
摘要： 本文首先介绍了SIP的起源与发展、SIP的定义及其体系结构，并总结了其特点。接着，本文总结了SIP现阶段的发展及应用，重点指出了它在VOIP中的重要作用。最后，作者展望了SIP未来的发展趋势，描绘了它在NGN、3G及Internet中的应用前景和需要做的工作。最后，对SIP的发展及应用作了一个总结。
关键词： SIP, NGN, H323，3G
1 SIP协议简介 1.1 SIP的起源及发展 SIP 出现于二十世纪九十年代中期，源于哥伦比亚大学计算机系副教授 Henning Schulzrinne 及其研究小组的研究。1996 年，他向 IETF 提交了一个草案，其中包含了 SIP 的重要内容。1999 年，Shulzrinne 在提交的新标准中删除了有关媒体内容方面的无关内容。随后，IETF 发布了第一个 SIP 规范，即 RFC 2543，接着于 2001 年发布了 SIP 规范 RFC 3261。
RFC 3261 的发布标志着 SIP 的基础已经确立。从那时起，已发布了几个 RFC 增补版本，充实了安全性和身份验证等领域的内容。例如，RFC 3262 对临时响应的可靠性作了规定。RFC 3263 确立了 SIP 代理服务器的定位规则。RFC 3264 提供了提议/应答模型，RFC 3265 确定了具体的事件通知。
早在 2001 年，供应商就已开始推出基于 SIP 的服务。今天，人们对该协议的热情不断高涨。Sun Microsystems 的 Java Community Process 等组织正在使用通用的 Java 编程语言定义应用编程接口 (API)，以便开发商能够为服务提供商和企业构建 SIP 组件和应用程序。最重要的是，越来越多的竞争者正在借助前途光明的新服务进入 SIP 市场。SIP 正在成为自 HTTP 和 SMTP 以来最为重要的协议之一。
1.2 SIP的定义 SIP是由IETF（Interne工程任务组） 提出的IP电话信令协议。基于SIP协议标准，整合了传统的语音及增值服务，并提供及最新的即时通信服务以及IP网络上的视频服务，并且可以为其他更多的增值应用服务商提供一个标准的具有高扩展性的平台。系统平台完全采用因特网的分布式的体系结构，具有高度的灵活性和可扩展性，并具有大型电信服务所需要的高可靠性和容错性，可支持百万级及千万级的用户量。
SIP是：
l 一种通信协议
定义了如何在通信设备（计算机，电话，手机，PDA等）之间相互连接和信息交换。
l 一种信令控制协议
SIP是信令控制协议，可以设置和管理任何类型的 peer-to-peer 通信会话, 但并不关心媒体类型 (电话，短信，游戏，视频等）。
l 灵活的框架体系
它的简单性和灵活性使得新的服务（例如Presence）通过其标准，可被SIP快速而简单的支持。
l 开放式体系架构
基于IETF的SIP协议标准，是继HTTP和IP协议之后的非赢利Internet标准协议，提供开放式体系架构。
1.3 SIP的体系结构 SIP中有客户机和服务器之分。客户机是指为了向服务器发送请求而与服务器建立连接的应用程序。服务器是用于向客户机发来 的请求提供服务并回送应答的应用程序。
图1 SIP的体系结构
SIP网络包含两类组件：
l 用户代理(User Agent)
用户代理又分为用户代理客户端(UAC)和服务器(UAS)：
n UAC负责发起SIP呼叫请求
n UAS负责对呼叫请求作出相应
l 网络服务器(Network Server)
SIP网络服务器主要为用户代理提供注册、认证、鉴权、路由等服务，分为代理服务器（ Proxy ），重定向服务器（Redirect Server）和注册服务器（Register）。
n 代理服务器(Proxy Server)
代表其他客户机发起请求，既充当服务器又充当客户机的应用程序。它在转发请求之前可能改写原请求消息中的内容。
n 重定向服务器(Redirect Server)
接收SIP请求，把请求中的原地址映射成零个或多个新地址，返回给客户机。
n 注册服务器(Registrar Server)
接收客户机的注册请求，完成用户地址的注册。
图2 SIP各实体间的关系
1.4 SIP的特点 l 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。
l SIP协议是想借鉴Web的成功经验，它通过使用SIP终端将网络设备的复杂性推向网络的边沿，同时SIP可以充分利用已定义的头域，对其进行简单必要的扩充就能很方便地支持各项新业务和智能业务，有利于与Internet的各项应用集成开发VoIP 的增值业务。开发人员能够更加方便便捷地使用通用的编程语言（如 Java）来创建应用程序。对于等待了数年希望使用 SS7 和高级智能网络 (AIN) 部署呼叫等待、主叫号码识别以及其他服务的运营商，现在如果使用 SIP，只需数月时间即可实现高级通信服务的部署。
l SIP在设计上充分考虑了对其他协议的扩展适应性。它重用几个现有的比较成熟的 Internet 服务和协议，如 DNS、RTP、RSVP 等。不必再引入新服务对 SIP 基础设施提供支持，因为该基础设施很多部分已经到位或现成可用。例如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网关地址和如Tel：010-62281234这样普通电话号码的描述等。这样，SIP主叫按照被叫地址，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。SIP的最强大之处就是用户定位功能。SIP本身含有向注册服务器注册的功能，也可以利用其他定位服务器如DNS、LDAP等提供的定位服务器来增强其定位功能。
l SIP 消息是基于文本的，因而易于读取和调试。新服务的编程更加简单，对于设计人员而言更加直观。
l 对 SIP 的扩充易于定义，可由服务提供商在新的应用中添加，不会损坏网络。网络中基于 SIP 的旧设备不会妨碍基于 SIP 的新服务。例如，如果旧 SIP 实施不支持新的 SIP 应用所用的方法/标头，则会将其忽略。
l SIP 独立于传输层。因此，底层传输可以是采用 ATM 的 IP。SIP 使用用户数据报协议 (UDP) 以及传输控制协议 (TCP)，将独立于底层基础设施的用户灵活地连接起来。
l SIP 支持多设备功能调整和协商。如果服务或会话启动了视频和语音，则仍然可以将语音传输到不支持视频的设备，也可以使用其他设备功能，如单向视频流传输功能。
2 SIP协议的现状 随着分组网尤其是IP网的发展、数据业务的上升及竞争的日趋激烈，电信运营商及其合作伙伴和用户越来越渴求新一代基于 IP 的服务。经过近10年的发展，SIP 以其灵活、可扩展、开放的特点激发了 Internet 以及固定和移动 IP 网络推出新一代服务的威力。
2.1 H.323的代替品 H.323和SIP设计之初都是作为多媒体通信的应用层控制（信令）协议，目前一般用于IP电话。它们能实现的信令功能基本相同，也都利用RTP作为媒体传输的协议。但两者的设计风格截然不同，这是由于其推出的两大阵营（电信领域与Internet领域）都想沿袭自己的传统。H.323是由ITU－T提出来的，它企图把IP电话当作是众所周知的传统电话，只是传输方式由电路交换变成了分组交换，就如同模拟传输变成数字传输、同轴电缆传输变成了光纤传输。而SIP侧重于将IP 电话作为Internet上的一个应用，较其他应用（如FTP，E-mail等）增加了信令和QoS的要求。H.323推出较早，协议发展得比较成熟；由于其采用的是传统的实现电话信令的模式，便于与现 有的电话网互通，但相对复杂得多。SIP借鉴了其他Internet标准和协议的设计思想，有其突出的优点。
l 首先，它是基于文本的协议，而H.323采用基于ASN.1和压缩编码规则的二进制方法表示其消息，因此，SIP对以文本形式表示的消息的词法和语法分析就比较简单。
l 其次，SIP会话请求过程和媒体协商过程等是一起进行的，因此呼叫建立时间短，而在H.323中呼叫建立过程和进行媒体参数等协商的信令控制过程是分开进行的。
l 再次，H.323为实现补充业务定义了专门的协议，如 H.450.1、H.450.2和H.450.3等，而SIP只要充分利用已定义的头域，必要时对头域进行简单扩展就能很方便地支持补充业务或智能业务。
l 最后，H.323进行集中、层次式控制。尽管集中控制便于管理（如便于计费和带宽管理等），但是当用于控制大型会议电话时，H.323中执行会议控制 功能的多点控制单元很可能成为瓶颈。而SIP类似于其他的Internet协议，设计上就为分布式的呼叫模型服务的，具有分布式的组播功能。
在早期的IP电话领域大多采用H.323协议。但我们也应看到SIP简单灵活、分布式控制等优点，并且随着SoftSwitch等技术的发展，SIP必将取代H.323,成为IP领域内运用最广泛的信令控制协议。
2.2 SIP的主要应用 今天，越来越多的运营商都在提供基于 SIP 的服务，如市话和长途电话技术、在线信息和即时消息、IP Centrex/Hosted PBX、语音短信、push-to-talk（按键通话）、多媒体会议等等。独立软件供应商 (ISV) 正在开发新的开发工具，用来为运营商网络构建基于 SIP 的应用程序以及 SIP 软件。网络设备供应商 (NEV) 正在开发支持 SIP 信令和服务的硬件。
现在，有众多 IP 电话、用户代理、网络代理服务器、VOIP 网关、媒体服务器和应用服务器都在使用 SIP。
2.2.1 VOIP中的SIP 通过SIP，可以自由对通讯网络下达指令，设定自己喜欢的联络方式、地点、人员和时间。例如，只要拨打用户的电话号码，就可以找到他，无论该用户身在何处、身边的通讯工具是何种形式。而召开视讯会议时也像约一群朋友聊天一样简单。一旦SIP被广泛采用，电话就会像以太网一样，各种廉价设备也能互用。西门子、北电通信、阿尔卡特和Cisco都已成功推出基于SIP的VoIP服务器。
Vonage 是针对用户和小企业用户的服务提供商。它使用 SIP 向用户提供 20,000 多条数字市话、长话及语音邮件线路。Deltathree 为服务提供商提供 Internet 电话技术产品、服务和基础设施。它提供了基于 SIP 的 PC 至电话解决方案，使 PC 用户能够呼叫全球任何一部电话。Denwa Communications 在全球范围内批发语音服务。它使用 SIP 提供 PC 至 PC 及电话至 PC 的主叫号码识别、语音邮件，以及电话会议、统一通信、客户管理、自配置和基于 Web 的个性化服务。另外，MCI 正在使用 SIP 向 IP 通信用户部署高级电话技术服务。用户将能够通知主叫方自己是否有空以及首选的通信方式，如电子邮件、电话或即时消息。利用在线信息，用户还能够即时建立聊天会话和召开音频会议。
3 SIP协议的未来 某些权威人士预计，SIP 与 IP 的关系将发展成为类似。迄今为止，SIP已经有了广泛的应用，但SIP还不是完美的，还有许多需要完善的地方。而且，随着SIP的完善，它也必将得到更广泛的应用。
3.1 SIP在NGN中的应用 SIP将成为下一代网络NGN中的核心控制协议，对NGN的大规模商用具有十分重要的意义。目前，国际标准化组织的SIP标准制订工作正在进行之中，国内还没有正式的国家标准发布，但设备供应商和网络运营商都在积极研发SIP，一些大的网络运营商正在考虑制订企业用SIP规范，以解决今后软交换的互联互通问题。
图 SIP在NGN中的应用
NGN SIP必须对IETF SIP加以限定和扩充，其协议体系在很大程度上需要引用IETF的标准或草案作为基础，而后加以整合。根据NGN的特点和要求，NGN SIP的标准化应该做好多方面的工作。
1) 在网络体系结构方面
NGNSIP应当区分NNI和UNI接口，将SIP协议的信令功能分为用户接入部分和网络实体交互部分，这样不仅网络的功能划分清晰，电信运营商也能比较方便地考虑网络的规划建设和运营管理。但NNI和UNI的准确定义及相应的功能要求仍须进一步地研究，包括涉及的SIP逻辑实体、在网络中适用的场合等。
2) 在运营商对呼叫或会话的控制方面
SIP是以终端智能为控制核心的，这就不利于运营商对呼叫或会话进行控制。因此，NGN SIP必须提供以网络实体为核心的呼叫或会话控制能力。比如对SIP的重定向功能定义以网络服务器为核心的控制流程等。以网络实体为核心的呼叫或会话控制的标准化在很大程度上要依赖于NGN SIP网络体系结构的标准化。
3) 计费
SIP的计费也是一个至关重要的问题，目前ITU－T等标准化组织和一些电信厂商运营商等都在积极地寻求解决办法。
基于业务的SIP计费目前已经有厂商能够实现，相信它的标准化工作不会太难。基于时长的SIP计费目前还没有完善的解决方案，但由于解决SIP计费问题的迫切性，相信对它的标准化过程不会持续太久。
4) 在安全方面
NGN中SIP网络实体间或NNI接口上应建立信任关系，因为网络实体间频繁的鉴权和授权处理会使电信网络的性能变得不可接受。当然，在UNI接口上用户和网络实体间的鉴权还是必须的。另外，为了保护运营商控制的网络实体信息不暴露，建议网络实体不处理OPTION能力查询请求。
关于NGNSIP的安全问题尚在研究之中，但上述安全策略有可能成为未来标准的NGN SIP安全方案的一部分。
5) QoS
在提供QoS保证方面，NGNSIP面临着较大问题，目前IETF已经规定了考虑到QoS时的会话处理过程，但SIP层面的QoS保证机制现在还没有。
NGN SIP的QoS问题仅靠SIP机制解决是不够的，它必须与RSVP等资源预留机制结合起来，所以，NGNSIP中的QoS解决方案的标准化与NGN的整体解决方案密切相关。
6) 在消息路由方面
电信网络的要求是快速高效，如果像Internet那样采用基于DNS的路由方式，则很难保证呼叫接续时间。所以NGN环境下SIP的路由很可能也会采取类似于PSTN中号码分析的办法，按域名层次查找对应的配置路由，从而加快消息到达目的地的过程。当然，在NGN环境下SIP可以根据运营商的需求而拥有非常灵活的路由策略和算法。比如，根据一天中不同的时间段进行路由决策，根据服务器的载荷情况进行路由选择，等等。
NGNSIP的路由问题将成为NGN SIP标准化工作的一项重要内容。
7) 在会话状态监测方面
SIP的一大特点是信令和媒体流相分离，这使得会话或呼叫从建立后到结束之前，用户终端与SIP网络实体之间基本上不再有任何联系。如果会话中间用户终端发生故障，则那些保留呼叫状态的SIP网络实体由于无法得知用户终端的状态，将会一直为实际上已经终止的会话保留呼叫资源，从而造成网络资源的浪费，影响网络的性能。
在需要进行基于时长的呼叫计费时，及时获取实际的会话状态就显得更重要了。因为在对会话存活状态无知的情况下所产生的话单是不可信的。
目前在会话状态监测方面，IETF的标准制订已经取得明显的进展。
8) 在业务实现方面
NGN是一个业务驱动的网络，而SIP的一大亮点是能够提供丰富多彩的业务和应用。所以，NGNSIP业务实现的标准化将是“任重而道远”的，既要考虑延续传统的PSTN/ISDN业务，又要发展新的SIP特色业务。当然，NGN SIP业务的标准化尚处于起步阶段，还有大量的研究工作需要完成。
除上述标准化问题外，NGNSIP还在许多方面需要制订规范，如DTMF信号和各种按键/钮事件的传送、Fax/Modem呼叫支持、运营商控制的用户注册和注销以及用户漫游等等。有些问题目前已经有了初步的解决方案。
3.2 SIP在3G中的应用 ＳＩＰ已经被３ＧＰＰ标准组织选作３Ｇ移动通信中的多媒体标准Ｒ５，而随着３Ｇ部署的开始，Ｒ５标准将变得越来越重要。
SIP本身具有支持移动性的能力，除了扩展SIP用于实现终端移动性，SIP可以作为支持个人移动性，会话移动性的重要方法。
SIP对个人移动性的支持可以用下面的例子来说明：
用户B在公司和住宅之间移动，他对外发布了他的个人地址为UserB@Corporation.com。而当他在家中时，他发送REGISTER消息至他公司的SIP服务器(1)，将他的住宅地址UserB@Home.com作为前转地址。并且在住宅处的SIP服务器登记(2)。有一用户UserA@a.com向UserB@Corporation.com发起呼叫，通过DNS，呼叫方解析Corporation.com得到用户B的公司的SIP服务器IP地址，从而向呼叫路由至SIP服务器Corporation.com(3)。SIP服务器Corporation.com检查用户注册信息，将呼叫请求前转至SIP服务器Home.com(4)。SIP服务器Home.com检查用户注册信息，将呼叫请求前转至用户B的SIP用户代理(5)。用户B接受呼叫请求，SIP用户代理向SIP服务器Home.com返回呼叫接受响应(6)，SIP服务器Home.com向SIP服务器Corporation.com返回呼叫接受响应(7)，SIP服务器Corporation.com向呼叫方UserA@a.com返回呼叫响应(8)。以后可以建立用户A和用户B之间的直接会话。这里的SIP服务器包含了注册服务器和代理服务器。
SIP对会话移动性的支持在于SIP的会话属性调整和灵活的消息功能。通过SIP协议，会话移动性的发起者可以从现有的终端将对端通信主机的地址等信息通知给要切换过去的目标终端。同时通知对端通信主机他将要使用的新的终端地址等信息。这样就可以完成会话的切换，而且会话的属性如媒体的编码类型和格式，会话占用带宽等等将作调整和修改，保证会话的平滑过渡。
3.3 SIP在Internet中的应用 ＳＩＰ是第５层基于文本的协议，与ＨＴＴＰ，ＦＴＰ和ＳＭＴＰ在同一层面，因此，ＳＩＰ可以集成到任何ＨＴＴＰ网页上，这有助于ＳＩＰ的加快实施。目前，在Internet上基于SIP的应用相当广泛，如Microsoft 已经选择 SIP 作为其实时通信策略并在 Microsoft XP、Pocket PC 和 MSN Messenger 中进行了部署。Microsoft 同时宣布 CE.net 的下一个版本将使用基于 SIP 的 VoIP 应用接口层，并承诺向用户 PC 提供基于 SIP 的语音和视频呼叫。
因此，在不远的将来，SIP可能作为一个普通的API类库出现在开发者手中，从而在Internet上更方便快捷地开发新的应用，如即时通信、点击拨号、网络视频等。
4. 总结 SIP 能够连接使用任何 IP 网络（有线 LAN 和 WAN、公共 Internet 骨干网、移动 2.5G、3G 和 Wi-Fi）和任何 IP 设备（电话、PC、PDA、移动手持设备）的用户，从而出现了众多利润丰厚的新商机，改进了企业和用户的通信方式。基于 SIP 的应用（如 VOIP、多媒体会议、push-to-talk、定位服务、在线信息和 IM）即使单独使用，也会为服务提供商、ISV、网络设备供应商和开发商提供许多新的商机。不过，SIP 的根本价值在于它能够将这些功能组合起来，形成各种更大规模的无缝通信服务。
使用 SIP，服务提供商及其合作伙伴可以定制和提供基于 SIP 的组合服务，使用户可以在单个通信会话中使用会议、Web 控制、在线信息、IM 等服务。实际上，服务提供商可以创建一个满足多个最终用户需求的灵活应用程序组合，而不是安装和支持依赖于终端设备有限特定功能或类型的单一分散的应用程序。
通过在单一、开放的标准 SIP 应用架构下合并基于 IP 的通信服务，服务提供商可以大大降低为用户设计和部署基于 IP 的新的创新性托管服务的成本。它是 SIP 可扩展性促进本行业和市场发展的强大动力，是我们所有人的希望所在。
参考文献 【1】. 《SIP撑起第四代呼叫中心》 CTI论坛，2003
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