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), а спецификации протокола представлены в документе RFC 2543 [54]. 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 Protocol - 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 (Главы 5 и 6). Возможно также взаимодействие протокола SIP с системами сигнализации ТфОП - DSS1 и ОКС7 [6,7]. 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 Н.323 и ISUP/IP, может применяться для синхронизации работы устройств управления шлюзами, о чем пойдет речь в следующей главе (рис. 8.2); 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 [8], и существует мнение, что именно этот протокол станет основным при организации связи между указанными сетями.
7.2 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 др. 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 др.
Здесь же следует отметить то, что сигнальные сообщения могут переноситься не только протоколом транспортного уровня UDP, но и протоколом TCP. 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 TCP упрощает работу с межсетевыми экранами (firewall), а также гарантирует надежную доставку данных. При использовании протокола TCP 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 7.1 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. Более подробно протокол SDP рассмотрен в главе 8.
Для передачи речевой информации комитет IETF предлагает использовать протокол RTP, рассмотренный в главе 4 настоящей книги, но сам протокол SIP не исключает возможность применения для этих целей других протоколов.
В протоколе SIP не реализованы механизмы управления потоками 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.
И, в заключение рассказа об интеграции протокола SIP с IP-сетями, следует отметить то. что разработаны методы совместной работы этого протокола с преобразователем сетевых адресов - Network Address Translator (NAT).
7.3 Адресация
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@IР-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, т.к. бывают и другие (например, “mailto:”). Ниже приводятся примеры SIP-адресов:
sip: als@rts.loniis.ru
sip: user1@192.168.100.152
sip: 294-75-47@gateway.ru
7.4 Архитектура сети SIP
В некотором смысле прародителем протокола SIP является протокол переноса гипертекста - HTTP (Hypertext Transfer Protocol, RFC 2068). Протокол SIP унаследовал от него синтаксис и архитектуру “клиент-сервер”, которую иллюстрирует рис. 7.2.
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.
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.
7.4.1 Терминал
В случае, когда клиент и сервер взаимодействуют непосредственно с пользователем (т.е. реализованы в оконечном оборудовании пользователя), они называются, соответственно, клиентом агента пользователя - User Agent Client (UAC) - и сервером агента пользователя - User Agent Server (UAS).
Следует особо отметить, что сервер UAS и клиент UAC могут (но не обязаны) непосредственно взаимодействовать с пользователем, а другие клиенты и серверы SIP этого делать не могут. Если в устройстве присутствуют и сервер UAS, и клиент UAC, то оно называется агентом пользователя - User Agent (UA), а по своей сути представляет собой терминальное оборудование SIP.
Кроме терминалов определены два основных типа сетевых элементов SIP: прокси-сервер (proxy server) и сервер переадресации (redirect server).
7.4.2 Прокси-сервер
Прокси-сервер (от английского proxy - представитель) представляет интересы пользователя в сети. Он принимает запросы, обрабатывает их и, в зависимости от типа запроса, выполняет определенные действия. Это может быть поиск и вызов пользователя, маршрутизация запроса, предоставление услуг и т.д. Прокси-сервер состоит из клиентской и серверной частей, поэтому может принимать вызовы, инициировать собственные запросы и возвращать ответы. Прокси - сервер может быть физически совмещен с сервером определения местоположения (в этом случае он называется registrar) или существовать отдельно от этого сервера, но иметь возможность взаимодействовать с ним по протоколам LDAP (RFC 1777), rwhois (RFC 2167) и по любым другим протоколам.
Предусмотрено два типа прокси-серверов - с сохранением состояний (stateful) и без сохранения состояний (stateless).
Сервер первого типа хранит в памяти входящий запрос, который явился причиной генерации одного или нескольких исходящих запросов.
Эти исходящие запросы сервер также запоминает Все запросы хранятся в памяти сервера только до окончания транзакции, т.е. до получения ответов на запросы.
Сервер первого типа позволяет предоставить большее количество услуг, но работает медленнее, чем сервер второго типа. Он может применяться для обслуживания небольшого количества клиентов, например, в локальной сети. Прокси-сервер должен сохранять информацию о состояниях, если он:
- использует протокол TCP для передачи сигнальной информации;
- работает в режиме многоадресной рассылки сигнальной информации;
- размножает запросы.
Последний случай имеет место, когда прокси-сервер ведет поиск вызываемого пользователя сразу в нескольких направлениях, т.е. один запрос, который пришел к прокси-серверу, размножается и передается одновременно по всем этим направлениям.
Сервер без сохранения состояний просто ретранслирует запросы и ответы, которые получает. Он работает быстрее, чем сервер первого типа, так как ресурс процессора не тратится на запоминание состояний, вследствие чего сервер этого типа может обслужить большее количество пользователей. Недостатком такого сервера является то, что на его базе можно реализовать лишь наиболее простые услуги. Впрочем, прокси-сервер может функционировать как сервер с сохранением состояний для одних пользователей и как сервер без сохранения состояний - для других.
Алгоритм работы пользователей с прокси-сервером выглядит следующим образом. Поставщик услуг IP-телефонии сообщает адpec прокси-сервера своим пользователям. Вызывающий пользователь передает к прокси-серверу запрос соединения. Сервер обрабатывает запрос, определяет местоположение вызываемого пользователя и передает запрос этому пользователю, а затем получает от него ответ, подтверждающий успешную обработку запроса, и транслирует этот ответ пользователю, передавшему запрос. Прокси-сервер может модифицировать некоторые заголовки сообщений, которые он транслирует, причем каждый сервер, обработавший запрос в процессе его передачи от источника к приемнику, должен указать это в SIP-запросе для того, чтобы ответ на запрос вернулся по такому же пути.
7.4.3 Сервер переадресации
Сервер переадресации предназначен для определения текущего адреса вызываемого пользователя. Вызывающий пользователь передает к серверу сообщение с известным ему адресом вызываемого пользователя, а сервер обеспечивает переадресацию вызова на текущий адрес этого пользователя. Для реализации этой функции сервер переадресации должен взаимодействовать с сервером определения местоположения.
Сервер переадресации не терминирует вызовы как сервер RAS и не инициирует собственные запросы как прокси-сервер. Он только сообщает адрес либо вызываемого пользователя, либо прокси-сервера. По этому адресу инициатор запроса передает новый запрос. Сервер переадресации не содержит клиентскую часть программного обеспечения.
Но пользователю не обязательно связываться с каким-либо SIP-сервером. Он может сам вызвать другого пользователя при условии, что знает его текущий адрес.
7.4.4 Сервер определения местоположения пользователей
Пользователь может перемещаться в пределах сети, поэтому необходим механизм определения его местоположения в текущий момент времени. Например, сотрудник предприятия уезжает в командировку, и все вызовы, адресованные ему, должны быть направлены в другой город на его временное место работы. О том, где он находится, пользователь информирует специальный сервер с помощью сообщения REGISTER. Возможны два режима регистрации: пользователь может сообщить свой новый адрес один раз, а может регистрироваться периодически через определенные промежутки времени. Первый способ подходит для случая, когда терминал, доступный пользователю, включен постоянно, и его не перемещают по сети, а второй - если терминал часто перемещается или выключается.
Для хранения текущего адреса пользователя служит сервер определения местоположения пользователей, представляющий собой базу данных адресной информации. Кроме постоянного адреса пользователя, в этой базе данных может храниться один или несколько текущих адресов.
Этот сервер может быть совмещен с прокси-сервером (в таком случае он называется registrar) или быть реализован отдельно от прокси-сервера, но иметь возможность связываться с ним.
В RFC 2543 сервер определения местоположения представлен как отдельный сетевой элемент, но принципы его работы в этом документе не регламентированы. Стоит обратить внимание на то, что вызывающий пользователь, которому нужен текущий адрес вызываемого пользователя, не связывается с сервером определения местоположения напрямую. Эту функцию выполняют SIP-серверы при помощи протоколов LDAP (RFC 1777), rwhois (RFC 2167), или других протоколов.
