exosip2协议栈原理分析以与总结.docx
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exosip2协议栈原理分析以与总结
exosip2协议栈学习总结
1、exosip2协议栈介绍
eXosip是Osip2的一个扩展协议集，它部分封装了Osip2协议栈，使得它更容易被使用。
使用sip协议建立多媒体会话是一个复杂的过程，exosip库开发的目的在于隐藏这种复杂性。
正如它的名称所表示的，eXosip2-theeXtendedosipLibrary，它扩展了osip库，实现了一个简单的高层API。
通过使用exosip，我们可以避免直接使用osip带来的困难。
需要注意，exosip并不是对osip的简单封装包裹，而是扩展。
Osip专注于sip消息的解析，事务状态机的实现，而exosip则基于osip实现了call、options、register、publish等更倾向于功能性的接口。
当然，这些实现都是依赖于底层osip库已有的功能的。
2、exosip的模块构成
2.1底层连接管理
extl.c、extl_udp.c、extl_tcp.c、extl_dtls.c、extl_tls.c是与网络连接有关的文件。
实现了连接的建立，数据的接收以及发送等相关的接口。
其中，extl_udp.c为使用UDP连接的实现，extl_tcp.c为使用TCP连接的实现。
Extl_dtls.c以及extl_tls.c都是使用安全socket连接的实现。
2.2部功能模块实现
Jauth.c、jcall.c、jdialog.c、jevents.c、jnotify.c、jpublish.c、jreg.c、jrequest.c、jresponse.c、jsubscribe.c等文件实现了部对一些模块的管理，这些模块正如其文件名所表示的，jauth.c
主要是认证，jcall.c则是通话等等。
2.3上层API封装实现
Excall_api.c、exinsubsription_api.c、exmessag_api.c、exoptions_api.c、expublish_api.c、exrefer_api.c、exregister_api.c、exsubsribtion_api.c这几个以api为后缀的文件，实现各个子模块的管理。
应用程序可以调用这里提供的接口，方便的构造或者发送sip消息。
2.4其他
Inet_ntop.c实现ip地址的点分十进制与十六进制表示之间的转换。
Jcallback.c实现一堆回调函数，这些回调函数就是用来注册到osip库的。
我们使用exosip
库，就是避免直接使用osip库，因为一些工作exosip已经帮我们做了，所以这样一来，可
以简化上层的实现。
Udp.c文件主要用来对通过UDP连接接收到的消息进行分类处理。
Exutilis.c文件实现一些杂项的函数。
有ip地址到字符串之间的转换，域名的解析等一些
辅助的功能函数。
Exconf.c文件实现了exosip的初始化相关的接口，包括后台任务的实现。
实际上是
“configurationapi”的实现。
Exosip.c文件实现了与exconf.c文件相似的功能。
比如管道的使用，exosip上事务的创建和查找，register和subscribe的更新，认证信息的处理等。
3、exosip关键数据结构及其说明
3.1eXtl_protocol
eXtl_protocol是为实现网络通信专门定义的一个数据结构，包括了变量和方法两部分。
其中，变量包括了建立网络连接过程中使用的ip地址、端口等；方法部分封装了网络socket编程常用的系统调用接口。
代码中定义了四个该数据结构体的全局变量：
eXtl_udp、eXtl_tcp、eXtl_tls以及eXtl_dtls。
分别针对使用UDP、TCP以及安全加密连接进行了实现。
3.2eXosip_call_t
Exosip_call_t定义了call相关的信息，包括call的id，call的dialogs，call上incoming的事务和outgoing的事务。
另外，还包括了前向和后向指针，所以，所有的call可以通过该结构体串接起来。
3.3eXosip_dialog_t
exosip_dialog_t包含了dialog相关的信息。
3.4eXosip_reg_t
用来管理Register模块
3.5eXosip_subscribe_t
用来管理subscribe模块
3.6eXosip_pub_t
用来管理publish模块
3.7eXosip_notify_t
用来管理notify模块
3.8jinfo_t
这个结构体关联了dialog、call、subscribe以及notify几个结构体
3.9eXosip_event_t
与event有关的结构体。
这个结构体主要用来在应用层和exosip之间通信。
Exosip在处理事务的过程中，如果需要将结果反馈给上层应用，则会生成如上结构类型的事件，并将其放到exosip的事件队列中。
应用层会不断循环从事件队列中读取事件，然后进行应用层的处理。
3.10eXosip_t
exosip_t是exosip中最重要的结构体之一。
从图可以看出，这个结构体比较大，其中包含了exosip中用到的各个子模块的结构。
比如call、reg、pub等等。
代码中定义了一个该
结构类型的全局变量，通过该全局变量，就可以对exosip前的状态进行掌控（许多相关的信息要么包含在该结构上，要么可以通过该结构找到）。
Extl是eXtl_protocol类型的指针，保存了网络接口类。
J_osip保存了osip初始化时返回的osip结构体。
J_transactions一般是等待释放的事务。
在事务经过osip处理完后，不再需要时，exosip会将其放在j_transactions上，等待释放。
4、exosip的初始化
Exosip的初始化有两部分组成，这主要是从使用exosip的角度看。
4.1对exosip全局结构体变量的配置
这步通过调用接口eXosip_init完成。
主要完成工作如下：
4.1.1初始化条件变量和互斥信号量。
4.1.2调用osip_init初始化osip库，并将生成osip结构体给exosip，同时也让osip的
application_contexgt指针指向exosip，也就是二者相互指向。
4.1.3调用eXosip_set_callbacks设置osip的回调函数，所以回调函数都是exosip自己实现。
4.1.4调用jpipe创建通信用的pipe，之前已经说了，对于windows平台，是通过socket接口模拟实现的。
4.1.5初始化其上的事务和事件队列。
主要，这不同于osip的事务和事件队列。
4.1.6调用extl指向的结构体的init函数指针，初始化网络接口。
4.2在socket接口上进行监听
这步通过调用eXosip_listen_addr接口完成。
主要完成工作如下：
4.2.1将eXosip全局变量的eXtl指针指向eXtl_udp全局变量。
4.2.2根据参数，配置extl_protocol和exosip上有关ip端口地址等信息。
另外，调用extl_udp的tl_open函数指针，完成在本机指定的端口上监听连接的工作。
需要注意的是，虽然是监听，但是使用的UDP来建立连接的，所以消息的recv和发送在同一个socket上完成。
在osip中设置的out_socket并不会起作用。
4.2.3调用osip_thread_create创建exosip后台任务，用于驱动osip的状态机。
（在osip中，
在发送sip消息部分，提到将9个函数放到一个线程中执行，exosip就是这样做的）
下面展示了初始化的示例代码：
include
inti;
TRACE_INITIALIZE（6,stdout）;
i=eXosip_init（）;
if（i!
=0）
return-1;
i=eXosip_listen_addr（IPPROTO_UDP,NULL,port,AF_INET,0）;
if（i!
=0）
{
eXosip_quit（）;
fprintf（stderr,"couldnotinitializetransportlayer\n"）;
return-1;
}
...thenyouhavetosendmessagesandwaitforeXosipevents...
这样，在初始化完成后，我们基本上完成了对存中所用数据结构的配置，同时启动了
一个后台任务负责osip状态机的驱动。
5、数据收发整体框架
5.1接收过程
在初始化过程中我们创建了一个后台任务，现在可以看看这个后台任务都做了哪些操作。
任务的执行函数为_eXosip_thread，在该接口中，循环不断的调用eXosip_execute。
在每一次
的eXosip_execute执行中，完成如下的工作：
a.首先计算出底层osip离当前时间最近的超时时间。
也就是查看底层所有的超时事件，
找出其中的最小值，然后将其与当前时间做差，结果就是最小的超时间隔了。
这步是通
过调用接口osip_timers_gettimeout完成的。
主要检查osip全局结构体上的ict、ist、nict、
nist以及ixt上所有事务的事件的超时时间。
如果ict事务队列上没有事件，则说明没
有有效的数据交互存在，返回值为默认的一年，实际上就是让后面的接收接口死等。
如
果有事务队列上的事件的超时时间小于当前值，则说明已经超时了，需要马上处理，此
时将超时时间清为零，并返回。
b.调用eXosip_read_message接口从底层接收消息并处理。
如果返回-2，则任务退出。
c.执行osip的状态机。
具体为执行osip_timers_ict（ist|nict|nist）_execute和osip_ict
（ist|nict|nist）_execute这几个函数。
最后还检查释放已经终结的call、registrations以及
publications。
d.如果keep_alive设置了，则调用_eXosip_keep_alive检查发送keep_alive消息。
这样，当远端的终端代理发送sip消息过来时，会被之前创建的监听端口捕获（sip协议
默认的端口为5060）。
在调用eXosip_read_message接口时会将其接收上来。
接收上来的数据存放在buffer给接口_eXosip_handle_incoming_message来处理。
在其中首先调用osip_parse进行消息的解析，这是osip的核心功能之一。
数据解析后，会生成一个osip_event类型的事件。
接着调用osip_message_fix_last_via_header将接收到该消息的ip地址和端口根据需要设置到数据头的via域中。
这在消息返回时有可能发挥作用。
为了能够让消息正确的被处理，调用osip_find_transaction_and_add_event接口将其添加到osip的事务队列上。
处理在这之后发生了分叉，如果osip接纳了该事件，接口直接返回，因为这说明该事件在osip上已经有匹配的事务了，或者说该事件是某一个事务过程的一部分。
这样在后面执行状态机的接口时，该事件会被正确的处理。
如果osip没有拿走该事件，则说明针对该事件还没有事务与之对应。
此时，我们首先检查其类型，如果是request，则说明很可能是一个新的事件到来（这将触发服务端的状态机的建立），调用eXosip_process_newrequest接口进行处理。
如果是response，则调用接口eXosip_process_response_out_of_transaction处理。
在eXosip_process_newrequest接口中，如果是合法的事件，则会为其创建一个新的事务。
也就是说这是新事务的第一个事件。
经过一大堆的处理后，该事件可能就被osip消化了，
或者被exosip消化了。
如果需要上报给应用，由应用拿来对一些信息进行存储或者进行图
形显示之类，则会将该事件添加到exosip的事件队列上。
如下图所示：
应用程序在exosip初始化完之后需要调用如下类似的代码，不断从事件队列上读取事件，
并进行处理。
eXosip_event_t*je;
for（;;）
{
je=eXosip_event_wait（0,50）;
eXosip_lock（）;
eXosip_automatic_action（）;
eXosip_unlock（）;
if（je==NULL）
break;
if（je->type==EXOSIP_CALL_NEW）
{
....
....
}
elseif（je->type==EXOSIP_CALL_ACK）
{
....
....
}
elseif（je->type==EXOSIP_CALL_ANSWERED）
{
....
....
}
else.....
....
....
eXosip_event_free（je）;
}
读到事件后，判断其类型进行对应的处理。
这样整个接收流程就完成了。
5.2发送过程
要发送数据时，需要根据消息类型，调用exosip对应模块的api接口函数来完成。
如果
要发送的sip消息不属于当前已有的任何事务，则类似接收过程，调用osip的相关接口创建
一个新的事务，同时根据消息生成一个事件，加到事务的事件队列上。
最后，唤醒exosip
后台进程，使其驱动osip状态机，执行刚添加的事件，从而完成数据的状态处理和发送。
当然，也有一些消息并不通过osip状态机，而是由exosip直接调用回调函数cb_snd_message
完成发送。
6、exosip与上层应用以及osip之间的流程关系
exosip是对osip库的扩展，那么它与osip之间是什么样的关系呢，这可参看下图：
上图为接收过程的示意图。
Exosip后台任务不断从网络另一端读取sip消息，交给osip
的parser模块解析，并将其转换为events，添加到事务队列上。
同时，exosip后台任务在不断的驱动osip的状态机，这样，事务队列上的事件就会被处理。
如果需要响应对端，状态机会根据回调函数的设置，直接完成数据的发送。
同样，如果要将当前处理反馈给应用，则将其发送到事件队列上（这里是exosip的事件队列），并通过e-ctl管道通知应用进行处理。
应用需要发送数据时，流程如下图所示：
此时，应用调用exosip提供的辅助函数（上图中虚线示意此关系），构造osip事件，将
其添加到osip的事务队列上。
同时，应用通过s-ctl管道通知exosip后台任务执行状态机。
在exosip执行状态机的过程中，sip消息会被发送到网络另一端的终端。
7、linphone与exosip2的关系分析
7.1linphone功能模块说明
Liblinphone核心引擎实现了linphone所有的功能函数，而且能够方便的添加音频和视频的呼叫功能。
Liblinphone也提供高层的API，用来初始化，接收或者终止呼叫。
Liblinphone依赖于下面三个组件：
1Mediastreamer2
这是一个支持多种平台的轻量级的流技术引擎，主要适合于开发语音和视频应用程序。
该引擎主要为linphone的多媒体流的收发，包括语音和视频的捕获、编码解码以及渲染。
2ortp2
Ortp是一个RTP库。
为基于RTP协议的媒体流传输提供支持。
通过mediastream2编码的数据就是使用ortp库发送到网络的另一端。
3eXosip2
Exosip2为sip协议的实现。
这部分实际上是由exosip2和osip2两个库共同完成的。
使用sip协议完成路由、媒体协商以及会话的建立和管理，为直接的媒体流的传输提供基础。
通话双方在通信前使用exosip进行会话协商。
Exosip后台任务完成数据的接收和发送，并通过事件队列通知linphone底层的状态变化。
filter的构建在会话协商成功建立后就顺带完成了，并且ticker任务也跑起来了。
此时按照filtergraphics构建的通道，音视频流不断的从硬件设备上读取，并经过编码压缩送给RTP会话，之后送到对端，对端到达的音视频流也经过RTP会话接收送到解码解压缩filter，还原出原始的音视频流交给硬件设备播放。
媒体数据在这两路流中源源不断的流动，完成了双方的可视通话。
上层linphone的core任务也不断的对底层进行迭代检查。
所做的基本工作如下：
对于sip协议部分，core一直等待从事件队列上拿事件。
这些事件是exosip任务在处理sip消息过程中添加到事件队列上的。
每当得到新的事件后，core就从应用层的角度出发，进行处理。
对于视频流：
基本上只处理rtcp数据包到达的事件。
stream上也有一个事件队列，用于保存该流上的相关事件。
对于rtcp数据包事件，core也只处理sr类型rtcp包，即发送端报告，得到jitter和包丢失率。
如果设置了自适应比特率，则调用相关接口进行处理。
此过程不断进行，直到当前事件上的包处理完。
对于音频流，检查流是否还是活动的。
通过比较RTPstats中接收的数据包数目是否发生变化，如果在超时时间到达后，接收的数据量还没有发生变化，则认为音频没有响应。
7.2linphone中sal模块完成对exosip的封装
Sal模块其实应该是最重要的，最核心的模块了。
该模块对exosip进行了简单的封装，间接的对osip模块进行了封装，使用该模块的接口可以完成sip协议的处理以及媒体描述的处理。
Sal.c文件主要是对一些sal相关的结构体的操作，包括SalMediaDescription和sal_op。
处理包括创建这些结构体的实例，获取或者设置其中的一些操作域。
Sal_exosip2_sdp.c基于osip库提供的sdp相关操作的接口，在sal层实现将其与sal相关的结构体关联起来操作。
比如根据SalMediaDescription结构体信息将其转换为sdp结构体，或者反之。
Sal_exosip2_presence.c包括了对in和out的subscribe的操作。
Text数据的发送（基于osip和exosip）。
Sal_exosip2.csip这块比较重要的封装。
包含了对sal_op结构体的创建和基本操作。
对exosip重要结构体的封装，包括初始化和释放。
包含了对sal结构体的创建和基本操作的封装，更重要的是包含了对sal和sal_op，sal_media_desc，sal_stream_desc这些上层结构体与底层osip_message，
sip_message，sdp_message等数据结构之间数据的转换和共享，以及对底层相关接口的调用。
这种调用主要包括跟据上层结构体中包含的信息设置底层结构体，并调用底层接口完成具体功能，以及根据底层结构体得到的数据设置上层结构体的相关信息。
一个基本的描述就是：
sal作为signalabstractlayer包含了上层所主要理解的交互信息，这些信息对于理解操作而言已经足够了，在底层，选择了osip和exosip来支持这项操作。
所以实际上来说，可以用其他支持sip的库的接口来替代现有的，保留sal层接口的功能定义。
在linphone中，虽然大部分使用了sal层的封装来完成sip交互过程，但是也调用osip和exosip库本身的其他接口，所以这层封装主要还是再次简化协议层的处理，使得功能更具体，而不是更单一。
几个关键数据结构之间的关系：
Sal一个基本的结构体，通过这个结构体可以搜寻到上层所需的所有sip协议相关的信息。
具体的call，register等信息保存在sal_op这个结构体中，多个实体通过链表串接起来，挂在sal上。
Sal_op包含了sal_op_base结构体，这个结构体保存了一些通用的不变的信息，对多个实体而言，比如路由信息，本地媒体信息，远端媒体信息等。
其root指针由返回指向了sal这个基础，所以通过sal_op可以找到sal。
另外，在媒体信息中包含了所有流的信息，所有这些类似一个树的组织结构，sal类似树根，通过它可以找到所有的枝叶及其上的信息。
7.3linphone初始化过程中对sip协议栈的初始化
7.3.1调用sal_init进行sip协议栈的初始化。
该过程将返回一个sal结构体。
Exosip全局结构体的创建以及初始化。
需要注意，在这里相当于有三层封装调用：
一层为sal层的封装调用，一层为exosip层的封装调用，最底层为osip层的基本调用。
另外需要注意的是在这里没有创建exosip任务，而是在后面的读取并配置sip配置信息时才创建
exosip任务，并监听特定端口。
将lc->sal的up指针指回linphonecore全局结构体
设置sal上的回调函数，这些回调函数在对应的sip协议处理完后用于调用来处理外层有关call与media流的一些处理。
如果配置文件中没有设置sip会话的过期时间，则在这时将其设置为200将所有sipsetup配置串联到registered_sip_setups全局链表上
7.3.2读取配置文件中有关sip协议的相关信息，并以此来配置linphone的sip模块。
配置是否在发送数字时使用sipinfo信息。
配置是否在发送数字时使用rfc2833信息
配置是否使用ipv6
配置sip的传输端口信息。
指定是使用随机值还是知名5060端口
将端口信息设置到linphonecore中，并启动sip监听。
这样，当sip协议数据到达时即可被处理。
首先调用sal_listen_port启动监听端口。
在这里，协议层被选择和设置，一般情况下都是udp，这里为eXtl_udp。
之后创建并启动_eXosip_thread任务，该任务处理sip协议数据的接收，协议的处理，状态机的处理，数据的发送等。
即几乎所有与sip协议有关的处理都会在该任务中处理完。
最后保存用户代理信息。
获取配置文件中的联系人信息，如果联系人为空，或者配置文件中联系人信息不为空，但在将其设置为主联系人信息时出错（比如格式错误），则基于环境变量中的host和user信息创建主联系人，否则将配置文件中的联系人信息设置到sip_conf结构体的联系人上。
如果配置文件中设置了猜测主机名，则将该配置设置到linphonecore的sipconfigure结构体上配置incomingcall的超时时间
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