SIP протокол в IP телефонии

Звонки посредством IP-телефонии, аудио- и видеоконференции, а также другие коммуникации/активности, подразумевающие обмен и рассылку мультимедиа (речь, видео, файлы и пр.) по IP-сетям (Интернет, локальные и так далее) происходят по определенным правилам. Именно для определения этих правил и используется SIP protocol. Это — один из наиболее популярных протоколов для IP-телефонии (но, конечно, он далеко не единственный).

Давайте разберемся, как используется протокол SIP в IP телефонии, за что отвечает, как работает, и почему именно он пользуется такой популярностью.

За что отвечает SIP protocol

Для него можно выделить 3 основные функции:

Создание сеансов связи.
Их модификация (можно сказать, подстройка под ситуацию).
Завершение сеансов.

Важно понимать, что сам по себе протокол SIP в IP телефонии (и не только в ней, а вообще в принципе) не выступает в качестве транспортного. Т.е. мультимедиа-данные он не передает. Функции передачи данных возлагаются на другие (транспортные) протоколы. Это, например, может быть TCP, UDP или какой-то иной вариант.

С помощью СИП чаще всего решается одна из ключевых задач при организации сеансов связи — обмен данными о функциональных возможностях участников сеанса между ими самими. Такие сведения, в свою очередь, передаются с помощью отдельных протоколов описания сеансов связи SDP: сообщения протокола SDP передаются в теле сообщений SIP.

Принципы, на которых основан СИП-протокол

В ходе разработки SIP было уделено внимание соблюдению следующего набора принципов:

Интеграция в стек существующих протоколов IETF, которые используются при работе Интернета. Основной упор был сделан на совместимость с SDP, RTSP, RTP, RSVP.
Возможность взаимодействия с другими протоколами сигнализации. Это, в частности, H.323 (его часто приводят в качестве примера основного конкурента СИП), MEGACO/ H.248, DSS1, MGCP, ОКС7.
Обеспечение мобильности пользователей и отсутствие привязки к конкретному месту нахождения. Это при применении протокола SIP в IP телефонии обеспечивается за счет использования уникальных идентификаторов пользователей. Они позволяют пользователям без проблем менять местоположение, что не сказывается на процессах их подключения к сети и участия в общении.
Возможности масштабирования сети и расширяемости самого протокола. При использовании СИП-протокола обеспечивается возможность увеличения количества узлов сети. Расширяемость подразумевает возможность добавления поддержки новых функций для адаптации с разными приложениями.

Описание работы протокола SIP в IP телефонии

Принцип работы SIP в IP-телефонии можно описать с помощью набора следующих шагов:

1. Устройство, которому необходимо установить соединение, отправляет запрос INVITE (подробнее о типах запросов — ниже) на SIP-сервер. Он в свою очередь направляет этот запрос на устройство-адресат, которое указано в адресе назначения.

2. SIP-сервер находит адрес запрашиваемого устройства (для этого используется его уникальный идентификатор) и отправляет на него запрос INVITE.

3. Устройство назначения получает запрос INVITE, и в случае готовности, подтверждает это сообщением 200 OK.

4. При получении сообщения о готовности участия в сеансе связи, устройство, которое его инициировало, отправляет сообщение ACK, которое подтверждает получение сообщения 200 OK от устройства-адресата.

5. Устройства начинают передачу данных (голоса, видео и т.д.) между собой. Для этого используется транспортный протокол.

6. После окончании разговора любое из устройств, участвующих в сеансе, отправляет запрос BYE для завершения соединения. Затем SIP-сервер отправляет сообщение 200 OK для завершения сеанса связи на устройство-инициатор.

Кроме того, в процессе общения параметры сеанса могут меняться. Это также делается при помощи запросов определенного типа.

Запросы и сообщения, используемые SIP protocol

Таким образом, видно, что работа СИП-протокола основывается на использовании запросов в текстовом виде. Запросы используются для приглашения пользователей к участию в сеансе, модификации параметров сеансов, завершения и других действий.

Изначально их было 6. Но затем этот перечень был расширен. На данный момент протокол SIP в IP телефонии (и не только) использует следующие запросы:

INVITE. Отправляется вызываемому абоненту с целью пригласить его к участию в сеансе. Он содержит сведения о виде информации, которой будет происходить обмен в ходе сеанса, а также параметры сеанса. Если для подключения абонента к SIP-сервису требуется аутентификация, необходимые для этого данные передаются в INVITE.
ACK. Сообщение, которое инициатор сеанса отправляет после получения ответа от приглашенного участника на отправленный ранее запрос INVITE. Т.е. отдельно, само по себе такое сообщение не может отправляться, а только после того, как приглашенный абонент ответит на INVITE. Здесь также может содержаться конечное описание инициируемого сеанса связи.
CANCEL. Сообщение используется для отмены ранее отправленных запросов (сообщений) с определенными идентификаторами. Может использоваться, например, когда INVITE был отправлен по нескольким направлениям, и нужный абонент нашелся по одному из них.
BYE. Сообщение используется для оповещения о завершении соединения. Его отправляют вызываемые (приглашенные в сеанс) абоненты. При получении такого сообщения инициатор сессии должен прекратить передачу мультимедиа в сторону отправившего его абонента. В ответ на получение BYE инициатор также отправляет 200 OK.
OPTIONS. Используется для запроса у вызываемого абонента сведений о возможностях используемого им оборудования (ПО).
REGISTER. Это сообщение используется участниками сеанса для передачи своего текущего местоположения.
INFO. С помощью этого запроса организуется обмен информацией прикладного уровня. Она может быть использована, например, для обеспечения более эффективной работы приложений.
PRACK. Используется для реализации работы механизма обеспечения надежности передачи сообщения/запросов: т.е. чтобы ответы абонентов передавались надежно (с получением подтверждения их получения).
UPDATE. Используется для обновления информации об инициируемом сеансе связи до момента получения от вызываемого абонента ответа на INVITE.
SUBSCRIBE. Используется для создания для абонента подписки на получение информации о состоянии определенного ресурса.
NOTIFY. Как и предыдущий запрос, используется при работе механизма подписки. Он передается подписанному абоненту, когда происходит событие, на которое была создана подписка с помощью SUBSCRIBE.
REFER. Сообщение, которое позволяет организовать, например, переадресацию вызовов. В нем отправитель указывает параметры, по которым получателю нужно связаться с третьим абонентом.
MESSAGE. Запрос, с помощью которого обеспечивается передача мгновенных текстовых сообщений пользователю средствами SIP.

Прокси-серверы в SIP

При использовании протокола SIP в IP телефонии, помимо вызывающего и вызываемых абонентов, в качестве логических элементов сети также выступают прокси-серверы. Они отвечают за маршрутизацию SIP-запросов (сообщений).

В СИП прокси-серверы могут:

принимать решения о дальнейшей маршрутизации,
вносить изменения в запросы, перед тем как отправлять их на следующий элемент сети SIP,
работать с сохранением состояний (Stateful) или без сохранения состояний (Stateless).

IP-телефония и «традиционные» телефонные сети

IP-телефония сегодня не существует отдельно, сама по себе. Практически любая современная IP-АТС может взаимодействовать с «традиционной» телефонией: т.е. средствами SIP-телефонии можно совершать вызовы на номера фиксированной телефонной сети и наоборот — абоненты «традиционной» телефонии могут звонить виртуальные номера, которые закреплены за абонентами, использующими IP-телефонию.

Это обеспечивается за счет использования модификации SIP protocol, которая получила название SIP-T. В сетях фиксированной телефонной связи для установления соединений и управления каналами используется сигнализация ISUP. SIP-T обеспечивает взаимодействие IP-телефонии с «традиционной» за счет следующих факторов:

Обеспечение «прозрачности» СИП-сетей для сигнализации ISUP.
Маршрутизация SIP-запросов.от абонентов на основе информации, которая содержится в запросах и сообщениях ISUP.
Передача в ходе сеанса связи сигнальной информации, которая транслируется посредством ISUP.

SIP-T обеспечивает взаимодействие не только с фиксированными сетями телефонной связи, в которых используется ISUP. Он также работает и с «традиционными» сетями, в которых применяются другие протоколы сигнализации.

Взаимодействие IP-телефонии с обычной посредством SIP-T обеспечивает возможность не только совершать звонки из/в традиционных сетей в IP. Оно также позволяет использовать SIP-сеть в качестве транзитной для связывания двух фиксированных.

Таким образом, видно, что протокол SIP в IP телефонии (а также в других случаях, когда нужно организовать обмен речью и мультимедиа через IP-сети) не передает непосредственно речь или мультимедиа данные. Он задействуется в процессах установления сеансов связи, управления ими и завершения. Также с его помощью (а точнее с помощью модификации SIP-T) обеспечивается совместимость IP-телефонии и обычной фиксированной телефонной связи. Т.е. можно сказать, что СИП-протокол стирает границы между виртуальной и обычной телефонией.

Сторонники его использования отмечают простоту, по сравнению с другими протоколами сигнализации. Кроме того, говоря о преимуществах СИП часто оперируют его понятностью и пригодностью для чтения человеком. Также, за счет того, что здесь не используется хранение состояний, обеспечивается относительно простое и быстрое восстановление сеанса в случае возникновения отказов.