Протокол SIP: инфраструктура, механизм обмена сообщениями, дополнительные возможности

Протокол SIP — (Session Initiation Protocol) — протокол установления сеанса связи. Данный протокол является одним из основных, используемых в IP-телефонии. Он был разработан в 1996 году Марком Хэндли, Джонатаном Розенбергом и Хеннигом Шульцринном, в 1999 году была выпущена версия 1.0 (RFC 2543), затем протокол был доработан, и в 2002 году и принят в качестве протокола сигнализации в мобильной телефонии (RFC 3261). SIP был изначально разработан только для работы с сеансами связи (установка/завершение/изменение), но не для передачи данных.Отметим некоторые особенности работы протокола SIP:

• SIP является протоколом прикладного уровня  и может  использовать в качестве транспорта  протоколы UDP, TCP, SCTP;
• SIP позволяет устанавливать как одноадресные, так и многоадресные сеансы связи;
• SIP использует регистрацию абонентов для установления сеанса;
• SIP расширяем, за счет передачи параметров не в бинарном виде, а в виде текста;
• SIP масштабируем и не имеет ограничений номерной базы, т.к. использует адресацию в стиле URI;
• SIP модифицируем и позволяет изменять параметры созданных сессий, такие как адрес, номер порта, количество абонентов и количество медиапотоков.

Инфраструктура сетевых агентов протокола SIP

Протокол SIP разработан таким образом, что два конечных пира могут устанавливать соединение без участия каких-либо дополнительных элементов, однако, из соображений эксплуатации сетей были введены следующие типы агентов, которые взаимодействуют по модели клиент-сервер:

• Терминал — является конечным узлом в SIP-сессии, который либо участвует в передаче сообщений, либо управляет сессией. Терминал в модели взаимодействия SIP выполняет одновременно роль и клиента и сервера.
• Регистратор — узел в сети SIP, который производит регистрацию терминалов и хранит информацию о них, а также позволяет производить поиск терминалов по необходимым параметрам.
• Прокси-сервер — промежуточный объект SIP-сети, обеспечивающий маршрутизацию сессий и отвечающий за доставку сообщений терминалам. Позволяет выполнять запросы от имени других узлов сети, тем самым ускоряя доставку сообщений через наиболее короткие маршруты.
• Шлюз — пограничный узел, используемый для передачи сообщений между сетями.
• Контроллер границы сеанса — специализированный элемент сети, служащий для выполнения сервисных функций между терминалами, такими, например, как обход NAT.
• Сервер перенаправления — вспомогательный элемент сети, используемый для перенаправления запросов от прокси-серверов к внешним доменам.

Обмен сообщениями в протоколе SIP

SIP является текстовым протоколом и его синтаксис во многом схож с HTTP. Сообщения в SIP разделяются на запросы и ответы. Первая строка запроса содержит метод, определяющий природу запроса, затем следует URI-адрес назначения запроса. Ответ содержит в первой строке код, определяющий результат поступившего запроса.

Запросы генерируются терминалами-клиентами к серверам и инициализируют функциональность протокола. Отправка запроса подразумевает получение ответа о результате транзакции. Рассмотрим подробно возможные варианты запросов SIP клиентов:

• REGISTER — регистрация URI клиента на сервере регистрации;
• INVITE — инициализация протокола для установления сеанса;
• ACK — подтверждение инициализации сеанса со стороны клиента;
• BYE — завершение сеанса;
• CANCEL — отмена любого ожидающего запроса;
• UPDATE — изменение состояния сеанса без изменения диалога;
• REFER —  запрос на оформление переадресации;
• PRACK — предварительное (временное) подтверждение;
• SUBSCRIBE — подписка на уведомления о событии;
• NOTIFY — сообщение подписчику о произошедшем событии;
• PUBLISH — публикация сообщения на сервере;
• MESSAGE — отправка текстового сообщения;
• INFO — информация о сеансе, без его модификации;
• OPTIONS — запрос информации о функциональности сервера.

Ответы разделяются на классы, определяемые их цифровым кодом. Рассмотрим подробно классы возможных ответов:

• 1XX — коды предварительного состояния сеанса. Указывают на то, что запрос был получен сервером и поступил в обработку;
• 2XX — успешное завершение запроса;
• 3XX — перенаправление запроса с указанием необходимости заполнения его новым адресом назначения;
• 4XX — отклонение запроса, либо указание на ошибку в запросе;
• 5XX — отказ в выполнении запроса;
• 6XX — отклонение запроса по причине невозможности установить соединение.

Дополнительные возможности SIP

SIP-сжатие

 Являясь текстовым протоколом, SIP может создавать высокую нагрузку на используемый транспортный протокол. Возможны случаи превышения максимального MTU при использования в качестве транспорта протокола UDP. Для обхода подобных проблемных ситуаций SIP предусматривает сжатие заголовков сообщений и передачу их в компактной форме. Компактная форма может быть заменена на обычную в любое время передачи сообщения, без изменения его семантики.

Сигнализация SIP DTMF

Протокол SIP использует четыре метода для передачи цифровых сигналов между терминальными агентами:

1. Использование аудио тональных сигналов в RTP-потоке с lossles-кодированием ( u-law, a-law).
2. Использование именованных телефонных событий (NTE) в потоке RTP (наиболее распространенный метод).
3. Метод SIP INFO — отправка DTMF-кодов в заголовке пакета, определенных контекстом /dtmf-relay.
4. Метод SIP NOTIFY — передача кодов DTMF в запросе NOTIFY (уведомление о произошедшем событии).

SIP Perfomance Tester

SIP Perfomance Tester является инструментом для тестирования ПО, либо инфраструктуры сети под нагрузкой. Он позволяет определить максимальное количество вызовов, количество вызовов в секунду, так же количество одновременных вызовов. Данный продукт имитирует SIP- и RTP- трафик для того, чтобы определить будет ли стабильно работать ваша конфигурация сервера или  сети под нагрузкой. SIP Perfomance Tester измеряет такие показатели, как задержка ответа, соотношение запросов и ответов, потеря пакетов, время задержки приема или передачи.

SSIP

Security SIP разработан для обеспечения безопасной передачи информации путем шифрования данных, передаваемых по протоколу SIP. SIPS использует TLS для обеспечения защищенного канала связи между клиентом и сервером с использованием механизма рукопожатия. Данные же упаковываются по протоколу SRTP в шифрованные IP-пакеты и их передача начинается только после того, как устанавливается SSL-туннель между клиентом и сервером. Важной особенностью использования SSIP является необходимость его поддержки всеми используемыми устройствами в сети, если хотя бы один узел не поддерживает SRTP/TLS, то установить защищенное соединение будет невозможно.

SIP ALG

SIP ALG это механизм маршрутизации SIP-трафика, несколько похожий на SIP Proxy. ALG является программным шлюзом и используется в прослойке между устройствами SIP и сетью. SIP ALG анализирует поступающий трафик и может управлять им разрешая, запрещая, либо перенаправляя его другим узлам сети. Данный программный шлюз позволяет синхронизировать входящие потоки либо сессии между клиентами и серверами. Также в число его возможностей входит использование динамических портов транспортных протоколов для взаимодействия с устройствами NAT. Этот механизм позволяет SIP-трафику беспрепятственно транслировать адреса назначения и отправителя через таблицы NAT.  При использовании данной технологии маскарадинг адресов происходит на уровне самого шлюза ALG.