Протокол инициирования сеансов связи – SIP

SIP (англ. Session Initiation Protocol - протокол установления сессии) - протокол прикладного уровня, разработанный IETF MMUSIC Working Group, и предлагаемый стандарт на способ установки, изменения и завершения пользовательского сеанса, включающего мультимедийные элементы, такие как видео или голос, мгновенные сообщения (instant messaging), он-лайн игры и виртуальную реальность.

Протокол начал разрабатываться в 1996 году Хенингом Шулзри (Henning Schulzrinne, Колумбийский университет) и Марком Хэндли (UCL). В ноябре 2000 года SIP был утверждён как сигнальный протокол проекта 3GPP и постоянный элемент архитектуры IMS. Наряду с довольно сильно в настоящее время устаревшим H.323, SIP — один из протоколов, лежащих в основе Voice over IP.[5]

Протокол обладает следующими характеристиками:

- Простота: включает в себя только шесть методов (функций);

- Независимость от транспортного уровня, может использовать UDP, TCP, ATM и так далее;

- Экономичность: все запросы формируются на основе текста.

4.6.1 Принципы протокола SIP

Протокол инициирования сеансов – Session Initiation Protocol (SIP) является протоколом прикладного уровня и предназначается для организации, модификации и завершения сеансов связи: мультимедийных конференций, телефонных соединений и распределения мультимедийной информации. Пользователи могут принимать участие в существующих сеансах связи, приглашать других пользователей и быть приглашенными ими к новому сеансу связи. Приглашения могут быть адресованы определенному пользователю, группе пользователей или всем пользователям. Протокол SIP разработан группой MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) комитета IETF (Internet Engineering Task Force). В основу протокола рабочая группа MMUSIC заложила следующие принципы:

Персональная мобильность пользователей

Пользователи могут перемещаться без ограничений в пределах сети, поэтому услуги связи должны предоставляться им в любом месте этой сети. Пользователю присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему услуги связи вне зависимости от того, где он находится. Для этого пользователь с помощью специального сообщения – REGISTER – информирует о своих перемещениях сервер определения местоположения.

Масштабируемость сети

Она характеризуется, в первую очередь, возможностью увеличения количества элементов сети при её расширении. Серверная структура сети, построенной на базе протокола SIP, в полной мере отвечает этому требованию.

Расширяемость протокола

Она характеризуется возможностью дополнения протокола новыми функциями при введении новых услуг и его адаптации к работе с различными приложениями.

В качестве примера можно привести ситуацию, когда протокол SIP используется для установления соединения между шлюзами, взаимодействующими с ТфОП при помощи сигнализации ОКС7 или DSS1. В настоящее время SIP не поддерживает прозрачную передачу сигнальной информации телефонных систем сигнализации. Вследствие этого дополнительные услуги ISDN оказываются недоступными для пользователей IP-сетей.

Расширение функций протокола SIP может быть произведено за счет введения новых заголовков сообщений, которые должны быть зарегистрированы в уже упоминавшейся ранее организации IANA. При этом, если SIP-сервер принимает сообщение с неизвестными ему полями, то он просто игнорирует их и обрабатывает лишь те поля, которые он знает.

Для расширения возможностей протокола SIP могут быть также добавлены и новые типы сообщений.

Интеграция в стек существующих протоколов Интернет, разработанных IETF. Протокол SIP является частью глобальной архитектуры мультимедиа, разработанной комитетом Internet Engineering Task Force (IETF). Эта архитектура включает в себя также протокол резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol – RSVP, RFC 2205), транспортный протокол реального времени (Real,Time Transport Pro, tocol – RTP, RFC 1889), протокол передачи потоковой информации в реальном времени (Real,Time Streaming Protocol – RTSP, RFC 2326), протокол описания параметров связи (Session Description Protocol – SDP, RFC 2327). Однако функции протокола SIP не зависят ни от одного из этих протоколов.

Взаимодействие с другими протоколами сигнализации. Протокол SIP может быть использован совместно с протоколом Н.323. Возможно также взаимодействие протокола SIP с системами сигнализации ТфОП – DSS1 и ОКС7. Для упрощения такого взаимодействия сигнальные сообщения протокола SIP могут переносить не только специфический SIP, адрес, но и телефонный номер формата Е.164 или любого другого формата. Кроме того, протокол SIP, наравне с протоколами H.323 и ISUP/IP, может применяться для

синхронизации работы устройств управления шлюзами; в этом случае он должен взаимодействовать с протоколом MGCP. Другой важной особенностью

протокола SIP является то, что он приспособлен к организации доступа пользователей сетей IP-телефонии к услугам интеллектуальных сетей, и существует мнение, что именно этот протокол станет основным при организации связи между указанными сетями.

4.6.2 Интеграция протокола SIP с IP сетями

Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий. В качестве транспорта могут использоваться протоколы Х.25, Frame Relay, AAL5/ATM, IPX и другие. Структура сообщений SIP не зависит от выбранной транспортной технологии. Но, в то же время, предпочтение отдается технологии маршрутизации пакетов IP и протоколу UDP. При этом, правда, необходимо создать дополнительные механизмы для надежной доставки сигнальной информации. К таким механизмам относятся повторная передача информации при ее потере, подтверждение приема и другое.

Здесь же следует отметить то, что сигнальные сообщения могут переноситься не только протоколом транспортного уровня UDP, но и протоколом ТСР. Протокол UDP позволяет быстрее, чем TCP, доставлять сигнальную информацию (даже с учетом повторной передачи неподтвержденных сообщений), а также вести параллельный поиск местоположения пользователей и передавать приглашения к участию в сеансе связи в режиме многоадресной рассылки. В свою очередь, протокол ТСР упрощает работу с межсетевыми экранами (firewall), а также гарантирует надежную доставку данных. При использовании протокола ТСР разные сообщения, относящиеся к одному вызову, либо могут передаваться по одному TCP-соединению, либо для каждого запроса и ответа на него может открываться отдельное TCP-соединение. На рисунке 4.3 показано место, занимаемое протоколом SIP в стеке протоколов TCP/IP.

По сети с маршрутизацией пакетов IP может передаваться пользовательская информация практически любого вида: речь, видео и данные, а также любая их комбинация, называемая мультимедийной информацией. При организации связи между терминалами пользователей необходимо известить встречную сторону, какого рода информация может приниматься (передаваться), алгоритм ее кодирования и адрес, на который следует передавать информацию. Таким образом, одним из обязательных условий организации связи при помощи протокола SIP является обмен между сторонами данными об их функциональных возможностях. Для этой цели чаще всего используется протокол описания сеансов связи – SDP (Session Description Protocol). Поскольку в течение сеанса связи может производиться его модификация, предусмотрена передача сообщений SIP с новыми описаниями сеанса средствами SDP.

Рисунок 4.3 - Место протокола SIP в стеке протоколов TCP/IP

Для передачи речевой информации комитет IETF предлагает использовать протокол RTP, но сам протокол SIP не исключает возможность применения для этих целей других протоколов.

В протоколе SIP не реализованы механизмы управления потока, ми информации и предоставления гарантированного качества обслуживания. Кроме того, протокол SIP не предназначен для передачи пользовательской информации, в его сообщениях может переноситься информация лишь ограниченного объема. При переносе через сеть слишком большого сообщения SIP не исключена его фрагментация на уровне IP, что может повлиять на качество передачи информации.

В глобальной информационной сети Интернет уже довольно давно функционирует экспериментальный участок Mbone, который образован из сетевых узлов, поддерживающих режим многоадресной рассылки мультимедийной информации. Важнейшей функцией Mbone является поддержка мультимедийных конференций, а основным способом приглашения участников к конференции стал протокол SIP.

Протокол SIP предусматривает организацию конференций трех видов:

-в режиме многоадресной рассылки (multicasting), когда информация передается на один multicast, адрес, а затем доставляется сетью конечным адресатам;

-при помощи устройства управления конференции (MCU), к которому участники конференции передают информацию в режиме точка-точка, а оно, в свою очередь, обрабатывает ее (т.е. смешивает или коммутирует) и рассылает участникам конференции;

-путем соединения каждого пользователя с каждым в режиме точка-точка.

Протокол SIP дает возможность присоединения новых участников к уже существующему сеансу связи, т.е. двусторонний сеанс может перейти в конференцию.

В заключение об интеграции протокола SIP c IP-сетями, следует отметить то, что разработаны методы совместной работы этого протокола с преобразователем сетевых адресов – Network Address Translator (NAT).

4.6.3 Адресация SIP

Для организации взаимодействия с существующими приложениями IP-сетей и для обеспечения мобильности пользователей протокол SIP использует адрес, подобный адресу электронной почты. В качестве адресов рабочих станций используются специальные универсальные указатели ресурсов – URL (Universal Resource Locators), так называемые SIP URL.

SIP-адреса бывают четырех типов:

•имя@домен;

•имя@хост;

•имя@IP)адрес;

•№телефона@шлюз.

Таким образом, адрес состоит из двух частей. Первая часть – это имя пользователя, зарегистрированного в домене или на рабочей станции. Если вторая часть адреса идентифицирует какой-либо шлюз, то в первой указывается телефонный номер абонента.

Во второй части адреса указывается имя домена, рабочей станции или шлюза. Для определения IP,адреса устройства необходимо обратиться к службе доменных имен – Domain Name Service (DNS). Если же во второй части SIP-адреса размещается IP-адрес, то с рабочей станцией можно связаться напрямую.

В начале SIP-адреса ставится слово «sip:», указывающее, что это именно SIP-адрес, так как бывают и другие (например, «mailto:»). Ниже приводятся примеры SIP-адресов:

sip: [email protected]

sip: [email protected]

sip: 294,75,[email protected]

4.6.4 Архитектура сети SIP

В некотором смысле прародителем протокола SIP является протокол переноса гипертекста – НТТР (Hypertext Transfer Protocol, RFC 2068). Протокол SIP унаследовал от него синтаксис и архитектуру «клиент-сервер», которую иллюстрирует рисунок 4.4

Клиент выдает запросы, в которых указывает, что он желает получить от сервера. Сервер принимает запрос, обрабатывает его и выдает ответ, который может содержать уведомление об успешном выполнении запроса, уведомление об ошибке или информацию, затребованную клиентом.

Рисунок 4.4 - Архитектура "клиент-сервер"

Управление процессом обслуживания вызова распределено между разными элементами сети SIP. Основным функциональным элементом, реализующим функции управления соединением, является терминал. Остальные элементы сети отвечают за маршрутизацию вызовов, а в некоторых случаях предоставляют дополнительные услуги.

Пример SIP-сети

Сети SIP строятся из элементов трех основных типов: терминалов, прокси-серверов и серверов переадресации. На рисунке 4.5 приведен пример

Рисунок 4.5 - Пример построения сети SIP

возможного построения сети SIP.

Стоит обратить внимание на то что, что SIP-серверы, представленные на рисунке 4.5, являются отдельными функциональными сетевыми элементами. Физически они могут быть реализованы на базе серверов локальной сети, которые, помимо выполнения своих основных функций, будут также обрабатывать SIP-сообщения. Терминалы же могут быть двух типов: персональный компьютер со звуковой платой и программным обеспечением SIP-клиента (UA) или SIP-телефон, подключающийся непосредственно к ЛВС Ethernet (SIP-телефоны, производимые компанией Cisco Systems, недавно появились на российском рынке). Таким образом, пользователь локальной вычислительной сети передает все запросы к своему SIP-серверу, а тот обрабатывает их и обеспечивает установление соединений. Путем программирования сервер можно настроить на разные алгоритмы работы: он может обслуживать часть пользователей (например, руководство предприятия или особо важных лиц) по одним правилам, а другую часть – по иным. Возможно также, что сервер будет учитывать категорию и срочность вызовов, а также вести начисление платы за разговоры.

Структурная схема организации услуг SIP-сервера представлена на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 - Структурная схема организации услуг SIP-сервера

Модуль управления услугами отвечает за предоставление услуг и за общее управление сервером. Принятые сервером запросы и ответы поступают в модуль управления услугами и обрабатываются им, на основании чего определяется реакция на полученные сообщения.

Интерфейс человек-машина позволяет гибко менять настройки сервера и вести мониторинг сети.

Основные расчеты