一、简介

SIP（Session Initiation Protocol，会话发起协议）是一种应用层控制协议（OSI模型的第七层），广泛应用于VoIP（Voice over IP）电话系统中，它负责在IP网络上建立、修改和终止会话连接，是NGN（下一代网络）系列协议中的重要成员，SIP服务器的主要职责包括用户注册、呼叫控制、会话管理等，确保通信双方能够顺利建立语音、视频或数据通信，本文将详细探讨SIP服务器的各个方面，从基本概念到其实际应用，帮助读者全面了解这一关键技术。

二、SIP服务器的定义

SIP服务器的概念

SIP服务器是实现SIP协议的核心组件，负责处理SIP消息并协调通信会话，它主要完成用户的注册、地址解析、呼叫路由、会话管理等功能，根据功能的不同，SIP服务器可分为以下几类：

用户代理（User Agent，UA）：分为用户代理客户端（UAC）和用户代理服务器（UAS），前者用于发起请求，后者等待请求并响应。

代理服务器（Proxy Server）：接收用户的请求并转发给其他服务器，同时可能修改请求内容。

重定向服务器（Redirect Server）：告诉客户去哪里找到想要的资源。

注册服务器（Registrar）：接受并处理用户的REGISTER请求，存储用户的位置信息。

SIP服务器的基本功能

SIP服务器具备以下基本功能：

用户注册：处理用户的注册请求，记录用户的位置信息。

地址解析：将逻辑地址（如用户名@域名）转换为实际的IP地址。

呼叫路由：根据目标地址和网络拓扑结构选择最佳的路径进行呼叫。

会话管理：管理整个通话过程，包括建立、维持和终止会话。

SIP服务器的工作原理

SIP服务器通过一系列的信令交互来完成会话的管理，以下是基本的工作流程：

注册过程：用户代理向注册服务器发送REGISTER请求，注册服务器验证后存储用户的位置信息。

呼叫建立：主叫方发送INVITE请求，代理服务器转发该请求到被叫方，被叫方振铃后返回响应。

呼叫结束：任何一方发送BYE或CANCEL消息结束会话，另一方回应确认。

三、SIP服务器的分类与类型

SIP代理服务器

1.1 定义与功能

SIP代理服务器是接收和转发SIP请求的核心设备，它接收来自客户端的SIP请求，根据请求的内容和网络策略，将请求转发至目的地或者另一个代理服务器，其主要功能包括：

请求转发：将客户端的请求转发到目标设备或其他服务器。

请求修改：根据需求修改请求内容，如添加、删除或修改头部字段。

响应转发：将目的地设备的响应转发回客户端。

路由选择：基于网络拓扑结构和策略选择合适的路径进行转发。

1.2 应用场景

SIP代理服务器广泛应用于各种需要SIP信令转发的场景，包括但不限于：

企业内部通信系统：管理企业内部的语音和视频通讯。

服务提供商网络：大规模用户群体的SIP电话服务。

互联网电话服务商：提供全球范围内的VoIP服务。

SIP注册服务器

2.1 定义与功能

SIP注册服务器用于处理终端的注册请求，记录用户当前的位置信息，使其他用户可以通过注册服务器找到该用户，其主要功能包括：

接收REGISTER请求：处理客户端发来的REGISTER请求。

存储用户位置信息：保存用户当前的位置信息，如IP地址和端口号。

提供服务发现：允许其他客户端通过查询确定某个用户当前的位置。

定期刷新：用户定期发送REGISTER请求以更新其注册信息。

2.2 应用场景

SIP注册服务器通常应用于以下场景：

IP电话网络：确保电话终端可以被其他终端找到并进行呼叫。

即时通讯系统：支持在线状态和好友列表的管理。

多媒体会议系统：管理和更新会议参与者的状态信息。

SIP重定向服务器

3.1 定义与功能

SIP重定向服务器主要用于地址转换，当接收到用户请求时，它指示客户端连接到另一个地址以获取更多资源，其主要功能包括：

地址映射：将一个地址转换成另一个地址。

返回响应：通过3xx响应通知客户端重新定向到新的位置。

负载均衡：基于特定策略（如轮询、最少连接数等）分配请求，实现负载均衡。

3.2 应用场景

SIP重定向服务器适用于以下场景：

呼叫中心：将呼叫请求分配到不同的坐席以平衡负载。

故障转移：在主服务器故障时，将请求重定向到备用服务器。

内容分发网络（CDN）：根据地理位置或网络状况重定向用户请求以优化内容交付。

SIP用户代理服务器

4.1 定义与功能

SIP用户代理服务器是直接与终端用户交互的设备，负责发起和终结SIP会话，其主要功能包括：

发起请求：代表用户发起SIP请求，如INVITE、ACK、BYE等。

响应响应：接收并处理来自其他设备的SIP请求，并向请求方发送响应。

会话管理：管理单个用户的会话状态，包括建立、修改和终止会话。

4.2 应用场景

SIP用户代理服务器常见于以下场景：

软电话终端：如X-Lite、Linphone等软件电话。

IP电话机：硬件形式的SIP终端设备。

集成通信设备：如Cisco IP电话和其他企业级通信终端。

四、SIP服务器的工作原理

SIP协议栈的结构

SIP协议栈由多个层次组成，每一层有特定的功能和职责：

1.1 语法和编码

SIP协议使用ABNF（增强型巴科斯-诺尔范式）来描述协议元素，并采用UTF-8编码格式，这种编码方式确保了SIP消息在不同系统间的互操作性。

1.2 传输层

SIP主要基于UDP（用户数据报协议）进行传输，但也支持TCP（传输控制协议），UDP提供了无连接的服务，适合实时通信；而TCP则提供可靠的传输服务，适用于需要确保消息传递的场景，SIP也可以与其他传输协议一起使用，如SCTP（会话初始化协议）、DTLS（数据报传输层安全性协议）等。

1.3 事务层

事务层负责维护SIP事务，包括请求和响应的匹配以及超时重传机制，每个事务由一个请求和零个或多个响应组成，事务层确保消息的可靠性和顺序性。

SIP消息的类型与格式

SIP消息分为请求消息和响应消息两大类，每种消息类型都有特定的格式和用途。

2.1 请求消息

常见的SIP请求消息包括：

INVITE：发起会话请求。

ACK：确认消息，用于确认对INVITE的响应。

BYE：终止会话请求。

CANCEL：取消未完成的请求。

REGISTER：注册请求，用于登记用户位置信息。

OPTIONS：查询服务器能力或功能。

INFO：传递会话中的控制信息。

SUBSCRIBE：订阅资源状态更改通知。

NOTIFY：通知订阅者资源状态变化。

PUBLISH：发布事件通知。

REFER：转移呼叫或请求另外的资源。

MESSAGE：即时消息传输。

2.2 响应消息

SIP响应消息通过状态行表示操作结果，状态行包含版本号、状态码和原因短语，常见的状态码包括：

1xx：临时响应，表示请求已被接收但尚未处理完毕（如100 Trying）。

2xx：成功响应，表示请求已成功处理（如200 OK）。

3xx：重定向响应，指示客户端进行进一步操作以完成请求（如302 Moved Temporarily）。

4xx：客户端错误响应，表示客户端请求有误（如404 Not Found）。

5xx：服务器错误响应，表示服务器无法处理请求（如500 Internal Server Error）。

6xx：全局故障响应，表示任何服务器都无法处理请求（如600 Bus