畢業(yè)論文-基于Sip的P2P設(shè)計(jì)和原理分析（終稿）

基于Sip的P2P設(shè)計(jì)和原理分析1.

SIP網(wǎng)絡(luò)2.

P2P技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用3.

P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3.1.

集中目錄式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3.2.

純P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3.3.

混合式P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3.4.

結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3.5.

三種結(jié)構(gòu)的P2P(DHT,樹(shù)形,網(wǎng)狀)3.6.

BitTorrent工作原理3.7.

eMule工作原理3.8.

迅雷工作原理3.9.

PPLive工作原理3.10.

Skype工作原理4.

SIP協(xié)議和voip4.1.

SIP：會(huì)話初始化協(xié)議（SessionInitiationProtocol）4.2.

SDP：會(huì)話描述協(xié)議（SessionDescriptionProtocol）4.3.

SAP：會(huì)話通知協(xié)議（SessionAnnouncementProtocol）4.4.

RTP（Real-timeTransportProtocol）4.5.

RTCP（RealtimeTransportControlProtocol）5.

ICE(InteractiveConnectivityEstablishment)5.1.

ICE基于SIP工作方法6.

基于SIP的P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)6.1.

P2PSIP節(jié)點(diǎn)操作6.2.

P2PSIP用戶注冊(cè)操作6.3.

P2PSIP會(huì)話建立操作7.

基于ICE的SIPNAT解決方案設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)8.

結(jié)束語(yǔ)1.

SIP網(wǎng)絡(luò)

會(huì)話發(fā)起協(xié)議(SIP)是互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)制定的多媒體通信應(yīng)用層控制協(xié)議，用于建立、修改和終止多媒體會(huì)話。SIP協(xié)議借鑒了超文本傳輸協(xié)議(HTTP)、簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議(SMTP)等，采用基于文本協(xié)議控制方式，支持代理、重定向、登記定位用戶等功能[1]。

SIP憑借其簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)展、便于實(shí)現(xiàn)等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。3GPP等標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)選擇SIP作為下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)和3G多媒體子系統(tǒng)(IMS)中的通信協(xié)議，業(yè)界已廣泛應(yīng)用了多種基于SIP的多媒體業(yè)務(wù)[2]。

SIP網(wǎng)絡(luò)采用客戶端/服務(wù)器(C/S)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，按域劃分用戶。每個(gè)域的SIP服務(wù)器管理著本域內(nèi)的用戶，用戶在使用SIP業(yè)務(wù)時(shí)，需要注冊(cè)到SIP服務(wù)器。各用戶之間的通信需要由SIP服務(wù)器來(lái)進(jìn)行路由，因此存在SIP服務(wù)器的“單點(diǎn)故障”和“性能瓶頸”等問(wèn)題。

目前有多種提升SIP服務(wù)器處理能力的方案，如采用高處理能力的服務(wù)器、采用多服務(wù)器間的N+1或熱備份方案，或者采用多服務(wù)器負(fù)載均衡技術(shù)。2.

P2P技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用

P2P技術(shù)本身并不是新的概念或技術(shù)，它的原理是將網(wǎng)絡(luò)上的通信節(jié)點(diǎn)作為平等的通信終端，任意兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間既互為“服務(wù)器”又互為“客戶端”。這一點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議TCP/IP一致，TCP/IP也沒(méi)有服務(wù)器或客戶端的概念，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間是平等通信的。隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的擴(kuò)展，P2P技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。P2P網(wǎng)絡(luò)采用分布式對(duì)象定位機(jī)制，使得信息或媒體流在節(jié)點(diǎn)之間直接傳送，降低了中轉(zhuǎn)開(kāi)銷，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬。

很多基于P2P技術(shù)如共享MP3格式音樂(lè)文件的Napster服務(wù)、SETI@Home計(jì)劃，尤其是Skype應(yīng)用的成功，使得P2P技術(shù)成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。3.

P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)P2P網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)核心是解決分布式節(jié)點(diǎn)之間的資源定位，這需要合適的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，發(fā)展至今共經(jīng)歷了3代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。3.1.

集中目錄式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)最早出現(xiàn)的P2P應(yīng)用模式就是集中目錄式P2P網(wǎng)絡(luò)，Napster是該架構(gòu)模型最典型的代表。用戶需要登錄到中心目錄服務(wù)器，通過(guò)目錄服務(wù)器查詢存儲(chǔ)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的資源信息。這種結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是所有的資料都是存貯在各個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)中。用戶獲取資源時(shí)，節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量和延遲等信息選擇合適的節(jié)點(diǎn)建立直接連接，而不必經(jīng)過(guò)中央服務(wù)器。3.2.

純P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

純P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用的是廣播式的P2P模型。在這種架構(gòu)下，沒(méi)有集中的中央服務(wù)器，每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)隨機(jī)接入到網(wǎng)絡(luò)，并與自己相鄰的一組節(jié)點(diǎn)通過(guò)端到端連接構(gòu)成一個(gè)邏輯覆蓋的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)容查詢和內(nèi)容共享都是直接通過(guò)相鄰節(jié)點(diǎn)以廣播方式接力傳遞。為了避免循環(huán)搜索現(xiàn)象，每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)記錄其搜索軌跡。Gnutella模型是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的純P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用泛洪式的節(jié)點(diǎn)搜索算法，解決了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中心化的問(wèn)題，擴(kuò)展性和容錯(cuò)性較好。但是Gnutella網(wǎng)絡(luò)可用性較差，易被病毒攻擊，并且極大地消耗了網(wǎng)絡(luò)帶寬，很容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞與不穩(wěn)定。3.3.

混合式P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

混合式P2P網(wǎng)絡(luò)在純P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上加入了超級(jí)節(jié)點(diǎn)的概念。在這種網(wǎng)絡(luò)下，將節(jié)點(diǎn)按能力(計(jì)算能力、內(nèi)存大小、連接帶寬、網(wǎng)絡(luò)滯留時(shí)間等)不同區(qū)分為普通節(jié)點(diǎn)和超級(jí)節(jié)點(diǎn)兩類。超級(jí)節(jié)點(diǎn)與其臨近的若干普通節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成一個(gè)自治的簇，簇內(nèi)采用基于集中目錄式的P2P模式，而整個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)不同的簇之間再通過(guò)純P2P的模式將超級(jí)節(jié)點(diǎn)相連。有時(shí)甚至也可以在各個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間再次選取性能最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)，或者另外引入一新的性能最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)作為索引節(jié)點(diǎn)來(lái)保存整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可以利用的超級(jí)節(jié)點(diǎn)信息，并且負(fù)責(zé)維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。

普通節(jié)點(diǎn)的文件搜索先在本簇內(nèi)進(jìn)行，只有查詢結(jié)果不充分時(shí)再通過(guò)超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行有限的泛洪。同時(shí)，每個(gè)簇中的超級(jí)節(jié)點(diǎn)監(jiān)控著所有普通節(jié)點(diǎn)的行為，從而確保一些惡意的攻擊行為能在網(wǎng)絡(luò)局部得到控制，也在一定程度上提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載平衡。

混合式P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)綜合了集中目錄式P2P快速查找和純P2P去中心化的優(yōu)勢(shì)，Kazaa模型是P2P混合模型的典型代表。

然而，由于超級(jí)節(jié)點(diǎn)本身的脆弱性也可能導(dǎo)致其簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)處于孤立狀態(tài)，因此這種局部索引的方法仍然存在一定的局限性。這導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)化的P2P網(wǎng)絡(luò)模型的出現(xiàn)。3.4.

結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

結(jié)構(gòu)化P2P架構(gòu)采用純分布式的消息傳遞機(jī)制，根據(jù)關(guān)鍵字進(jìn)行節(jié)點(diǎn)查找定位。目前結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)的主流查詢定位方法是采用分布式哈希表(DHT)技術(shù)，這也是目前擴(kuò)展性最好的P2P路由方式之一。

DHT將節(jié)點(diǎn)管理的資源或文檔作為“關(guān)鍵字”，將節(jié)點(diǎn)的IP地址作為“數(shù)值”，組成關(guān)鍵字-數(shù)值對(duì)，并能根據(jù)關(guān)鍵字查找數(shù)值。DHT技術(shù)中的存儲(chǔ)和查詢是分布在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行的，對(duì)單一節(jié)點(diǎn)的依賴性低，容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)的無(wú)序加入或退出，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能影響較低。

DHT各節(jié)點(diǎn)并不要維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息，只需存儲(chǔ)其臨近后繼節(jié)點(diǎn)信息，因此通過(guò)較少的路由就可以到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。DHT又取消了泛洪算法，有效地減少了節(jié)點(diǎn)信息的發(fā)送操作數(shù)量，增強(qiáng)了P2P網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性。

在實(shí)際應(yīng)用中，出于冗余度以及延時(shí)的考慮，大部分DHT總是在節(jié)點(diǎn)的虛擬標(biāo)識(shí)與關(guān)鍵字最接近的節(jié)點(diǎn)上備份冗余信息，這樣也避免了單一節(jié)點(diǎn)失效的問(wèn)題。

但是基于DHT的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的維護(hù)和修復(fù)也比Gnutella模型和Kazaa模型等無(wú)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)要復(fù)雜得多，有時(shí)甚至出現(xiàn)“繞路”的問(wèn)題。目前基于DHT的研究項(xiàng)目主要還集中在具有相同能力的較小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于大規(guī)模的Internet部署還在研究中。同時(shí)大量實(shí)際的P2P應(yīng)用還大都是基于無(wú)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浜头汉閺V播機(jī)制，采用DHT方式的P2P系統(tǒng)缺乏在Internet中大規(guī)模真實(shí)部署的成功實(shí)例。3.5.

三種結(jié)構(gòu)的P2P(DHT,樹(shù)形,網(wǎng)狀)

(1)DHT結(jié)構(gòu)

分布式哈希表(DHT)[1]是一種功能強(qiáng)大的工具，它的提出引起了學(xué)術(shù)界一股研究DHT的熱潮。雖然DHT具有各種各樣的實(shí)現(xiàn)方式，但是具有共同的特征，即都是一個(gè)環(huán)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)里每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有一個(gè)唯一的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)(ID)，節(jié)點(diǎn)ID是一個(gè)128位的哈希值。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都在路由表里保存了其他前驅(qū)、后繼節(jié)點(diǎn)的ID。如圖1(a)所示。通過(guò)這些路由信息，可以方便地找到其他節(jié)點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)多用于文件共享和作為底層結(jié)構(gòu)用于流媒體傳輸[2]。

(2)樹(shù)形結(jié)構(gòu)

P2P網(wǎng)絡(luò)樹(shù)形結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示。在這種結(jié)構(gòu)中，所有的節(jié)點(diǎn)都被組織在一棵樹(shù)中，樹(shù)根只有子節(jié)點(diǎn)，樹(shù)葉只有父節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)既有子節(jié)點(diǎn)也有父節(jié)點(diǎn)。信息的流向沿著樹(shù)枝流動(dòng)。最初的樹(shù)形結(jié)構(gòu)多用于P2P流媒體直播[3-4]。

(3)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)如圖1(c)所示，又叫無(wú)結(jié)構(gòu)。顧名思義，這種結(jié)構(gòu)中，所有的節(jié)點(diǎn)無(wú)規(guī)則地連在一起，沒(méi)有穩(wěn)定的關(guān)系，沒(méi)有父子關(guān)系。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[5]為P2P提供了最大的容忍性、動(dòng)態(tài)適應(yīng)性，在流媒體直播和點(diǎn)播應(yīng)用中取得了極大的成功。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)變得很大時(shí)，常常會(huì)引入超級(jí)節(jié)點(diǎn)的概念，超級(jí)節(jié)點(diǎn)可以和任何一種以上結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)組成新的結(jié)構(gòu)，如KaZaA[6]。3.6.

BitTorrent工作原理BitTorrent軟件用戶首先從Web服務(wù)器上獲得下載文件的種子文件，種子文件中包含下載文件名及數(shù)據(jù)部分的哈希值，還包含一個(gè)或者多個(gè)的索引(Tracker)服務(wù)器地址。它的工作過(guò)程如下：客戶端向索引服務(wù)器發(fā)一個(gè)超文本傳輸協(xié)議(HTTP)的GET請(qǐng)求，并把它自己的私有信息和下載文件的哈希值放在GET的參數(shù)中；索引服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求的哈希值查找內(nèi)部的數(shù)據(jù)字典，隨機(jī)地返回正在下載該文件的一組節(jié)點(diǎn)，客戶端連接這些節(jié)點(diǎn)，下載需要的文件片段。因此可以將索引服務(wù)器的文件下載過(guò)程簡(jiǎn)單地分成兩個(gè)部分：與索引服務(wù)器通信的HTTP，與其他客戶端通信并傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議，我們稱為BitTorrent對(duì)等協(xié)議。BitTorrent軟件的工作原理如圖4所示。BitTorrent協(xié)議也處在不斷變化中，可以通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)和DHT的方法獲得可用的傳輸節(jié)點(diǎn)信息，而不是僅僅通過(guò)原有的HTTP，這種方法使得BitTorrent應(yīng)用更加靈活，提高BitTorrent用戶的下載體驗(yàn)。

3.7.

eMule工作原理eMule軟件基于eDonkey協(xié)議改進(jìn)后的協(xié)議，同時(shí)兼容eDonkey協(xié)議。每個(gè)eMule客戶端都預(yù)先設(shè)置好了一個(gè)服務(wù)器列表和一個(gè)本地共享文件列表，客戶端通過(guò)TCP連接到eMule服務(wù)器進(jìn)行登錄，得到想要的文件的信息以及可用的客戶端的信息。一個(gè)客戶端可以從多個(gè)其他的EMule客戶端下載同一個(gè)文件，并從不同的客戶端取得不同的數(shù)據(jù)片段。eMule同時(shí)擴(kuò)展了eDonkey的能力，允許客戶端之間互相交換關(guān)于服務(wù)器、其他客戶端和文件的信息。eMule服務(wù)器不保存任何文件，它只是文件位置信息的中心索引。eMule客戶端一啟動(dòng)就會(huì)自動(dòng)使用傳輸控制協(xié)議(TCP)連接到eMule服務(wù)器上。服務(wù)器給客戶端提供一個(gè)客戶端標(biāo)識(shí)(ID)，它僅在客戶端服務(wù)器連接的生命周期內(nèi)有效。連接建立后，客戶端把其共享的文件列表發(fā)送給服務(wù)器。服務(wù)器將這個(gè)列表保存在內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。eMule客戶端也會(huì)發(fā)送請(qǐng)求下載列表。連接建立以后，eMule服務(wù)器給客戶端返回一個(gè)列表，包括哪些客戶端可以提供請(qǐng)求文件的下載。然后，客戶端再和它們主動(dòng)建立連接下載文件。圖5所示為eMule的工作原理。

3.8.

迅雷工作原理

迅雷是一款新型的基于多資源多線程技術(shù)的下載軟件，迅雷擁有比目前用戶常用的下載軟件快7～10倍的下載速度。迅雷的技術(shù)主要分成兩個(gè)部分，一部分是對(duì)現(xiàn)有Internet下載資源的搜索和整合，將現(xiàn)有Internet上的下載資源進(jìn)行校驗(yàn)，將相同校驗(yàn)值的統(tǒng)一資源定位(URL)信息進(jìn)行聚合。當(dāng)用戶點(diǎn)擊某個(gè)下載連接時(shí)，迅雷服務(wù)器按照一定的策略返回該URL信息所在聚合的子集，并將該用戶的信息返回給迅雷服務(wù)器。另一部分是迅雷客戶端通過(guò)多資源多線程下載所需要的文件，提高下載速率。迅雷高速穩(wěn)定下載的根本原因在于同時(shí)整合多個(gè)穩(wěn)定服務(wù)器的資源實(shí)現(xiàn)多資源多線程的數(shù)據(jù)傳輸。多資源多線程技術(shù)使得迅雷在不降低用戶體驗(yàn)的前提下，對(duì)服務(wù)器資源進(jìn)行均衡，有效降低了服務(wù)器負(fù)載。

每個(gè)用戶在網(wǎng)上下載的文件都會(huì)在迅雷的服務(wù)器中進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，如有其他用戶再下載同樣的文件，迅雷的服務(wù)器會(huì)在它的數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索曾經(jīng)下載過(guò)這些文件的用戶，服務(wù)器再連接這些用戶，通過(guò)用戶已下載文件中的記錄進(jìn)行判斷，如用戶下載文件中仍存在此文件(文件如改名或改變保存位置則無(wú)效)，用戶將在不知不覺(jué)中扮演下載中間服務(wù)角色，上傳文件。

3.9.

PPLive工作原理

PPLive軟件的工作機(jī)制和BitTorrent十分類似，PPLive將視頻文件分成大小相等的片段，第三方提供播放的視頻源，用戶啟礬PPLive以后，從PPLive服務(wù)器獲得頻道的列表，用戶點(diǎn)擊感興趣的頻道，然后從其他節(jié)點(diǎn)獲得數(shù)據(jù)文件，使用流媒體實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(RTP)和實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議(RTCP)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和控制。將數(shù)據(jù)下載到本地主機(jī)后，開(kāi)放本地端口作為視頻服務(wù)器，PPLive的客戶端播放器連接此端口，任何同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)的用戶都可以通過(guò)連接這個(gè)地址收看到點(diǎn)播的節(jié)目。圖6所示為PPLive的工作原理示意圖。

3.10.

Skype工作原理

Skype是網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音溝通工具。它可以提供免費(fèi)高清晰的語(yǔ)音對(duì)話，也可以用來(lái)?yè)艽驀?guó)內(nèi)國(guó)際長(zhǎng)途，還具備即時(shí)通訊所需的其他功能，比如文件傳輸、文字聊天等。Skype是在KaZaA的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，就像KaZaA一樣，Skype本身也是基于覆蓋層的P2P網(wǎng)絡(luò)，在它里面有兩種類型的節(jié)點(diǎn)：普通節(jié)點(diǎn)和超級(jí)節(jié)點(diǎn)。普通節(jié)點(diǎn)是能傳輸語(yǔ)音和消息的一個(gè)功能實(shí)體；超級(jí)節(jié)點(diǎn)則類似于普通節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，所有的普通節(jié)點(diǎn)必須與超級(jí)節(jié)點(diǎn)連接，并向Skype的登陸服務(wù)器注冊(cè)它自己來(lái)加入Skype網(wǎng)絡(luò)。Skype的登陸服務(wù)器上存有用戶名和密碼，并且授權(quán)特定的用戶加入Skype網(wǎng)絡(luò)，圖7所示為Skype的體系結(jié)構(gòu)[18]。

Skype的另一個(gè)突出特點(diǎn)就是能夠穿越地址轉(zhuǎn)換設(shè)備和防火墻。Skype能夠在最小傳輸帶寬32kb/s的網(wǎng)絡(luò)上提供高質(zhì)量的語(yǔ)音。Skype是使用P2P語(yǔ)音服務(wù)的代表。由于其具有超清晰語(yǔ)音質(zhì)量、極強(qiáng)的穿透防火墻能力、免費(fèi)多方通話以及高保密性等優(yōu)點(diǎn)，成為互聯(lián)網(wǎng)上使用最多的P2P應(yīng)用之一。

4.

SIP協(xié)議和voip4.1.

SIP：會(huì)話初始化協(xié)議（SessionInitiationProtocol）會(huì)話初始化協(xié)議（SIP）是一種應(yīng)用層控制協(xié)議，它可用來(lái)創(chuàng)建、修改或終止多媒體會(huì)話，如因特網(wǎng)電話呼叫。SIP能夠邀請(qǐng)參與者加入已存在的會(huì)話，如組播會(huì)議。現(xiàn)有的會(huì)話中可以添加或刪除媒體。SIP支持名稱映射和重定向服務(wù)，其支持用戶移動(dòng)性。不管用戶網(wǎng)絡(luò)位置在哪，用戶只需維持單一外部可視標(biāo)識(shí)符。SIP在五個(gè)方面支持創(chuàng)建和終止多媒體通信：

用戶定位：決定用于通信的終端系統(tǒng)的確定；

用戶可用性：決定被叫方是否愿意加入通信；

用戶能力：媒體和媒體參數(shù)的確定；

呼叫建立：“響鈴“，主叫方和被叫方的會(huì)話參數(shù)的建立；

呼叫管理：包括傳輸和終止會(huì)話、修改呼叫參數(shù)和調(diào)用服務(wù)。SIP可以結(jié)合其它IETF協(xié)議來(lái)建立完善的多媒體結(jié)構(gòu)，如提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和服務(wù)質(zhì)量（QOS）反饋的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP）、提供流媒體發(fā)送控制的實(shí)時(shí)流協(xié)議（RTSP）、為公用交換電話網(wǎng)絡(luò)（PSTN）提供網(wǎng)關(guān)控制的媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（MEGACO），以及描述多媒體會(huì)話的會(huì)話描述協(xié)議（SDP）。因此，SIP需要與其它協(xié)議協(xié)同作用來(lái)為用戶提供完善的服務(wù)。然而SIP的基本功能和操作并不依賴于這些協(xié)議。SIP提供了一組安全服務(wù)，包括防止拒絕服務(wù)攻擊、認(rèn)證（用戶對(duì)用戶和代理對(duì)用戶）、完整性保護(hù)和加密及隱私服務(wù)。SIP同時(shí)支持IPv4和IPv6。關(guān)于因特網(wǎng)電話會(huì)話，SIP做如下工作：通過(guò)SIP地址識(shí)別主叫方和被叫方。當(dāng)建立一個(gè)SIP呼叫時(shí)，主叫方首先定位適合的服務(wù)器，然后發(fā)出一個(gè)SIP請(qǐng)求。最通常的SIP行為是邀請(qǐng)。SIP請(qǐng)求會(huì)被代理重定向或者觸發(fā)一系列的新SIP請(qǐng)求，而不是直接到達(dá)目的被叫方。用戶可以通過(guò)SIP服務(wù)器注冊(cè)他們的位置。SIP地址（URL）可以嵌入到網(wǎng)頁(yè)中，因此只要點(diǎn)擊一下就可以和對(duì)方建立呼叫會(huì)話。協(xié)議結(jié)構(gòu)SIP信息可以在TCP上傳輸也可以在UDP上傳輸。SIP信息是基于文本的，采用UTF-8編碼中的ISO10646字符集。信息的每一行必須通過(guò)CRLF終止。大多數(shù)信息語(yǔ)法和頭字段類似于HTTP。SIP信息可以是請(qǐng)求信息也可以是響應(yīng)信息。一個(gè)請(qǐng)求信息具有以下格式：MethodRequestURISIPversion

Method―資源上所執(zhí)行的方法?？赡艿姆椒ㄓ校篒nvite、Ack、Options、Bye、Cancel和Register。

Request-URI―指一個(gè)SIPURL或一個(gè)通用URI；是請(qǐng)求要被尋址到用戶或服務(wù)。

SIPversion―正在使用的SIP版本。響應(yīng)信息頭的格式見(jiàn)下圖：SIPversionStatuscodeReasonphrase

SIPversion―正在使用的SIP版本。

Status-code―3位整數(shù)結(jié)果代碼，用于試圖了解和滿足請(qǐng)求要求。

Reason-phrase―statuscode的原文描述。

盡管sip有自己獨(dú)特的用戶代理和服務(wù)器，但是它并非自成一體封閉工作，Sip支持融合多媒體服務(wù)，與很多現(xiàn)有的協(xié)議協(xié)同工作。(SIP用戶代理、SIP注冊(cè)服務(wù)器、SIP代理服務(wù)器和SIP重定向服務(wù)器)

通常情況下，兩個(gè)端點(diǎn)使用它來(lái)協(xié)商一次呼叫。這里的協(xié)商包括介質(zhì)(文本、語(yǔ)音等)、傳輸途徑(Realtimeprotocol)、編碼。一旦協(xié)商成功，兩端就會(huì)使用該方法進(jìn)行通信，呼叫完成后，sip指示斷開(kāi)連接。因此sip是一種信令機(jī)制。sip還提供即時(shí)消息等等。

SIP用戶代理(UA)是終端用戶設(shè)備，如用于創(chuàng)建和管理SIP會(huì)話的移動(dòng)電話、多媒體手持設(shè)備、PC、PDA等。用戶代理客戶機(jī)發(fā)出消息。用戶代理服務(wù)器對(duì)消息進(jìn)行響應(yīng)。SIP注冊(cè)服務(wù)器是包含域中所有用戶代理的位置的數(shù)據(jù)庫(kù)。在SIP通信中，這些服務(wù)器會(huì)檢索參與方的IP地址和其他相關(guān)信息，并將其發(fā)送到SIP代理服務(wù)器。SIP代理服務(wù)器接受SIPUA的會(huì)話請(qǐng)求并查詢SIP注冊(cè)服務(wù)器，獲取收件方UA的地址信息。然后，它將會(huì)話邀請(qǐng)信息直接轉(zhuǎn)發(fā)給收件方UA（如果它位于同一域中）或代理服務(wù)器（如果UA位于另一域中）。SIP重定向服務(wù)器允許SIP代理服務(wù)器將SIP會(huì)話邀請(qǐng)信息定向到外部域。SIP重定向服務(wù)器可以與SIP注冊(cè)服務(wù)器和SIP代理服務(wù)器同在一個(gè)硬件上。

下圖說(shuō)明了在預(yù)訂同一個(gè)ISP從而使用同一域的兩個(gè)用戶之間建立SIP會(huì)話的過(guò)程。用戶A使用SIP電話。用戶B有一臺(tái)PC，運(yùn)行支持語(yǔ)音和視頻的軟客戶程序。加電后兩個(gè)用戶都在ISP網(wǎng)絡(luò)中的SIP代理服務(wù)器上注冊(cè)了他們的空閑情況和IP地址。用戶A發(fā)起此呼叫，告訴SIP代理服務(wù)器要聯(lián)系用戶B。然后，SIP代理服務(wù)器向SIP注冊(cè)服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，要求提供用戶B的IP地址，并收到用戶B的IP地址。SIP代理服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)用戶A與用戶B進(jìn)行通信的邀請(qǐng)信息（使用SDP），包括用戶A要使用的媒體。用戶B通知SIP代理服務(wù)器可以接受用戶A的邀請(qǐng)，且已做好接收消息的準(zhǔn)備。SIP代理服務(wù)器將此消息傳達(dá)給用戶A，從而建立SIP會(huì)話。然后，用戶創(chuàng)建一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)RTP連接，實(shí)現(xiàn)用戶間的交互通信。1.呼叫用戶B2.查詢沒(méi)?>在哪里?>3.響應(yīng)沒(méi)?SIP地址?>4.頂呼叫5.響應(yīng)6.響應(yīng)7.多媒體通道已建立

4.2.

SDP：會(huì)話描述協(xié)議（SessionDescriptionProtocol）會(huì)話描述協(xié)議（SDP）為會(huì)話通知、會(huì)話邀請(qǐng)和其它形式的多媒體會(huì)話初始化等目的提供了多媒體會(huì)話描述。會(huì)話目錄用于協(xié)助多媒體會(huì)議的通告，并為會(huì)話參與者傳送相關(guān)設(shè)置信息。SDP即用于將這種信息傳輸?shù)浇邮斩?。SDP完全是一種會(huì)話描述格式―它不屬于傳輸協(xié)議―它只使用不同的適當(dāng)?shù)膫鬏攨f(xié)議，包括會(huì)話通知協(xié)議（SAP）、會(huì)話初始協(xié)議（SIP）、實(shí)時(shí)流協(xié)議（RTSP）、MIME擴(kuò)展協(xié)議的電子郵件以及超文本傳輸協(xié)議（HTTP）。SDP的設(shè)計(jì)宗旨是通用性，它可以應(yīng)用于大范圍的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用程序，而不僅僅局限于組播會(huì)話目錄，但SDP不支持會(huì)話內(nèi)容或媒體編碼的協(xié)商。在因特網(wǎng)組播骨干網(wǎng)（Mbone）中，會(huì)話目錄工具被用于通告多媒體會(huì)議，并為參與者傳送會(huì)議地址和參與者所需的會(huì)議特定工具信息，這由SDP完成。SDP連接好會(huì)話后，傳送足夠的信息給會(huì)話參與者。SDP信息發(fā)送利用了會(huì)話通知協(xié)議（SAP），它周期性地組播通知數(shù)據(jù)包到已知組播地址和端口處。這些信息是UDP數(shù)據(jù)包，其中包含SAP協(xié)議頭和文本有效載荷（textpayload）。這里文本有效載荷指的是SDP會(huì)話描述。此外信息也可以通過(guò)電子郵件或WWW（WorldWideWeb）進(jìn)行發(fā)送。SDP文本信息包括：

會(huì)話名稱和意圖；

會(huì)話持續(xù)時(shí)間；

構(gòu)成會(huì)話的媒體；

有關(guān)接收媒體的信息（地址等）。協(xié)議結(jié)構(gòu)SDP信息是文本信息，采用UTF-8編碼中的ISO10646字符集。SDP會(huì)話描述如下：（標(biāo)注*符號(hào)的表示可選字段）：

v=（協(xié)議版本）

o=（所有者/創(chuàng)建者和會(huì)話標(biāo)識(shí)符）

s=（會(huì)話名稱）

i=*（會(huì)話信息）

u=*（URI描述）

e=*（Email地址）

p=*（電話號(hào)碼）

c=*（連接信息―如果包含在所有媒體中，則不需要該字段）

b=*（帶寬信息）一個(gè)或更多時(shí)間描述（如下所示）：

z=*（時(shí)間區(qū)域調(diào)整）

k=*（加密密鑰）

a=*（0個(gè)或多個(gè)會(huì)話屬性行）

0個(gè)或多個(gè)媒體描述（如下所示）時(shí)間描述

t=（會(huì)話活動(dòng)時(shí)間）

r=*（0或多次重復(fù)次數(shù)）媒體描述

m=（媒體名稱和傳輸?shù)刂罚?/p>

i=*（媒體標(biāo)題）

c=*（連接信息—如果包含在會(huì)話層則該字段可選）

b=*（帶寬信息）

k=*（加密密鑰）

a=*（0個(gè)或多個(gè)會(huì)話屬性行）

4.3.

SAP：會(huì)話通知協(xié)議（SessionAnnouncementProtocol）會(huì)話通知協(xié)議（SAP）是一種通知協(xié)議，用于協(xié)助組播多媒體會(huì)議通告以及其它組播會(huì)話過(guò)程，并為會(huì)話參與者傳送相關(guān)設(shè)置信息。SAP廣播員周期性地向已知的組播地址和端口傳送通知數(shù)據(jù)包。通知傳送范圍與會(huì)話范圍相同，以確保通知接收端即為會(huì)話接收端。這對(duì)于協(xié)議的可擴(kuò)展性來(lái)說(shuō)也是很重要的，即確保本地會(huì)話通知在本地傳送。SAP收聽(tīng)方（通過(guò)組播范圍區(qū)域通知協(xié)議或其它協(xié)議）知道其所在的組播范圍，并監(jiān)聽(tīng)那些范圍內(nèi)的SAP地址和端口。如此，收聽(tīng)方最終會(huì)知道所有被通知會(huì)話，并允許那些會(huì)話加入。（人們）希望會(huì)話過(guò)程可以通過(guò)多種不同機(jī)制進(jìn)行通知，而不僅僅是SAP。例如，會(huì)話的描述可以放置在一個(gè)web頁(yè)上，通過(guò)電子郵件或會(huì)話初始協(xié)議發(fā)送。為增強(qiáng)與其它機(jī)制間互操作性，需要提供應(yīng)用層安全機(jī)制，而不是使用IPsec認(rèn)證協(xié)議頭。協(xié)議結(jié)構(gòu)3456781632bitV=1ARTECAuthlenMsgIDhashOriginatingSource（32or128bits）OptionalAuthenticationDataOptionalTimeoutOptionalPayloadType

0

PayloadV―3位版本號(hào)字段，該字段必須設(shè)置為1。A―地址類型，值為0或1：

0：OriginatingSource字段包括一個(gè)32位的IPv4地址。

1：OriginatingSource字段包括一個(gè)128位的IPv6地址。R―預(yù)留。SAP廣播員將它設(shè)置為0。SAP收聽(tīng)方忽略該字段的內(nèi)容。T―信息類型，值為0或1：

0：會(huì)話通知數(shù)據(jù)包

1：會(huì)話刪除數(shù)據(jù)包E―加密位，值為0或1：

1：對(duì)SAP數(shù)據(jù)包的有效載荷進(jìn)行加密，并且Timeout字段必須被添加到數(shù)據(jù)包頭中。

0：不對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密且當(dāng)前不存在Timeout字段。C―壓縮位。如果值為1，表示對(duì)有效載荷進(jìn)行壓縮。AuthenticationLength―8位無(wú)符號(hào)數(shù)，跟在主要SAP頭后面，包含認(rèn)證數(shù)據(jù)。如果該值為0，表示當(dāng)前沒(méi)有認(rèn)證頭。MessageIdentifierHash―結(jié)合RiginatingSource，提供全球唯一標(biāo)識(shí)符，說(shuō)明該通知的精確版本。OriginatingSource―該字段包含信息OriginalSource的IP地址。如果A字段值為0，該地址指IPv4地址；否則指IPv6地址。按照網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序存儲(chǔ)該地址。Timeout―當(dāng)會(huì)話有效載荷進(jìn)行加密處理后，有效載荷中的詳細(xì)定時(shí)字段對(duì)不信任解密密鑰的收聽(tīng)方而言已經(jīng)不可利用。在這種情況下，當(dāng)會(huì)話到指定時(shí)間時(shí)，頭就包含另外32位的TimestampF字段狀態(tài)。該值是無(wú)符號(hào)數(shù)，提供指定會(huì)話超時(shí)的NTP時(shí)間。按照網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序存儲(chǔ)。PayloadType―有效載荷類型字段是關(guān)于MIME內(nèi)容類型的說(shuō)明，描述有效載荷的格式。這是一個(gè)可變長(zhǎng)ASCII文本串，其后是單個(gè)零字節(jié)（ASCIINUL）。Payload―Payload字段包括各種子字段。

4.4.

RTP（Real-timeTransportProtocol）RTP（Real-timeTransportProtocol）是用于Internet上針對(duì)多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。RTP被定義為在一對(duì)一或一對(duì)多的傳輸情況下工作，其目的是提供時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步。RTP通常使用UDP來(lái)傳送數(shù)據(jù)

4.5.

RTCP（RealtimeTransportControlProtocol）實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議：負(fù)責(zé)管理傳輸質(zhì)量在當(dāng)前應(yīng)用進(jìn)程之間交換控制信息。在RTP會(huì)話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包，包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。RTP和RTCP配合使用，能以有效的反饋和最小的開(kāi)銷使傳輸效率最佳化，故特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

5.

ICE(InteractiveConnectivityEstablishment)IETF網(wǎng)絡(luò)工程任務(wù)(InternetEngineeringTaskForce)STUN(SessionTraversalUsingNAT)TURN(TraversalUsingRelayNAT)ICE(InteractiveConnectivityEstablishment)

5.1.

ICE基于SIP工作方法冰的方法概述如圖所示:每個(gè)candidate是能接受別的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的IP地址和端口，candidate有三種類型：1.本地候選：本地私有IP和端口2.NAT候選：Nat地址和端口3.relay候選：relay地址和端口

ICE建立通信通道的步驟：1.caller收集候選人：客戶端發(fā)送ALLocate請(qǐng)求給服務(wù)器，指示服務(wù)器分配IP/port，服務(wù)器會(huì)將地址返回給客戶端。。。2.caller發(fā)送sip的invite命令：收集候選人，caller將他們編入invite消息中，并發(fā)送給被叫方。3.callee收集候選人：在收到sip的invite請(qǐng)求后，收集候選人(同第一步);4.callee響應(yīng)invite請(qǐng)求：被叫方發(fā)送臨時(shí)的響應(yīng)(包含候選人)給呼叫方，例如sip183會(huì)話過(guò)程，該消息是轉(zhuǎn)發(fā)的。5.檢查ICE的連通性：一旦caller收到對(duì)方的候選人后，雙方都開(kāi)始檢查可使用的鏈路。

首先檢查本地候選人(可分析NAT候選人,判斷是否操作此步)、檢查Nat候選人、檢查relay候選人.6.Callee發(fā)送180Ringing：表示被叫的電話開(kāi)始響鈴7.Callee發(fā)送200OK：如果用戶接受呼叫，被叫者發(fā)送給呼叫者的最后答復(fù)8.呼叫者發(fā)送re-invite的sip命令：如果某一個(gè)選擇的鏈路和對(duì)方不不同則需要重新選擇鏈路，必須重新發(fā)送invite命令9.Callee發(fā)送200Ok來(lái)回應(yīng)re-invite10.caller發(fā)送ACK：表示最后的確認(rèn)發(fā)送給被叫者，表示呼叫鏈路建立成功。11.語(yǔ)音/視頻媒體開(kāi)始傳輸：雙方都可以發(fā)送數(shù)據(jù)給對(duì)方，采用RTP協(xié)議！

6.

基于SIP的P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

P2P網(wǎng)絡(luò)[3]的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有中心服務(wù)器，節(jié)點(diǎn)間直接通信、交換資源和文檔，并且可以擴(kuò)展到分布式的負(fù)載分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)。從理論分析看，P2P網(wǎng)絡(luò)可以降低C/S結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的“單點(diǎn)故障”和“性能瓶頸”問(wèn)題。作為C/S結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)一種的SIP網(wǎng)絡(luò)也可以利用P2P技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且具有以下特點(diǎn)：

去中心化，避免中心SIP服務(wù)器的單點(diǎn)故障隱患；

增強(qiáng)SIP網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性，降低網(wǎng)絡(luò)中的存儲(chǔ)、計(jì)算、帶寬等性能瓶頸；

提高網(wǎng)絡(luò)的高可用性，采用P2P網(wǎng)絡(luò)全分布的架構(gòu)來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性；

降低成本，充分利用節(jié)點(diǎn)閑置的處理能力、存儲(chǔ)和帶寬資源。

P2PSIP網(wǎng)絡(luò)利用SIP協(xié)議的擴(kuò)展和承載來(lái)完成P2P層疊加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的加入、定位、查找和路由，降低P2P私有協(xié)議帶來(lái)的擴(kuò)展性和兼容性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)不同P2P網(wǎng)絡(luò)的互通。

P2PSIP網(wǎng)絡(luò)以SIP協(xié)議為基礎(chǔ)，無(wú)需大規(guī)模改動(dòng)現(xiàn)有設(shè)備，并且無(wú)需改動(dòng)VoIP終端設(shè)備，只要升級(jí)現(xiàn)有SIP服務(wù)器的軟件，即可實(shí)現(xiàn)SIP網(wǎng)絡(luò)的P2P化，提升網(wǎng)絡(luò)的處理能力和可用性。

在P2PSIP網(wǎng)絡(luò)中，原來(lái)管理一個(gè)域的單節(jié)點(diǎn)SIP服務(wù)器變成多臺(tái)P2PSIP服務(wù)器(稱為PN節(jié)點(diǎn))，PN之間通過(guò)P2P機(jī)制互聯(lián)，彼此分擔(dān)負(fù)載，構(gòu)成一個(gè)邏輯上的重疊網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)將和它相連的下一節(jié)點(diǎn)當(dāng)作下一跳PN可以承擔(dān)原來(lái)服務(wù)中壓力最大的部分，比如注冊(cè)、代理和計(jì)費(fèi)。用戶連接到任一PN，都可以有效使用服務(wù)。部分PN的宕機(jī)或故障不會(huì)影響到整個(gè)P2PSIP網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。當(dāng)需要擴(kuò)大P2PSIP網(wǎng)絡(luò)的容量，加入新的PN就可以了[4]。

P2PSIP網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)重要操作：一是對(duì)P2