毕业论文：SIP用户代理软件的设计.docx
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SIP用户代理软件的设计第一章绪论
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章绪论 1
1.1选题的背景 1
1.2基于SIP协议用户代理软件的国内外研究现状 2
1.3论文内容和结构安排 3
第二章SIP协议及VoIP的简介 4
2.1SIP系统的组成 4
2.2SIP功能概要 5
2.2.1用户定位 5
2.2.2会话能力的协商 5
2.2.3呼叫参与者管理 6
2.2.4呼叫建立 6
2.2.5呼叫处理 6
2.2.6SIP注册服务 6
2.3SIP的呼叫过程 7
2.4协议的优点 9
2.4.1基本呼叫的建立和拆除 9
2.4.2呼叫控制业务 9
2.4.3SIP的第三方控制 9
2.4.4服务质量 10
2.4.5实现的难易性 10
2.5SIP协议和H.323协议的比较 10
2.6VoIP简介 12
2.7本章小结 14
第三章用户代理 15
3.1用户代理简介 15
3.1.1用户代理和应用层的交互 16
3.1.2事件与呼叫管理信息 17
3.1.3线程 18
3.1.4状态机 18
3.2用户代理的应用 21
3.3用户代理的功能介绍 22
3.3.1处理SIP消息 22
3.3.2提供与上层应用程序的接口 22
3.3.3定时功能 22
3.3.4其他功能 22
3.4本章小结 23
第四章基于SIP协议的用户代理软件的设计与实现 24
4.1SIPUserAgent的行为 24
4.1.1主叫发出初始邀请请求 24
4.1.2被叫发出的响应 24
4.1.3主叫接收并响应初始化的请求 24
4.1.4主叫或者被叫产生二级并发请求 25
4.1.5接收的并发请求 25
4.2SIP消息机制 25
4.2.1SIPURL结构 25
4.2.2SIP消息结构 26
4.3SIP呼叫控制过程和示例 27
4.4程序设计思想简介 28
4.5程序重要模块介绍 30
4.5.1UAS部分的事件处理 30
4.5.2UAC部分的事件处理 31
4.6本章小结 34
第五章程序介绍 35
5.1程序主要功能介绍 35
5.2程序运行过程介绍 35
5.2.1登录界面 35
5.2.2呼叫过程 36
5.2.3接听过程 36
5.2.4断开通话以及注销连接 37
5.3本章小结 37
第六章总结与展望 38
参考文献 39
鸣谢 40
39
摘要
随着网络技术的飞速发展和下一代网络概念的提出，越来越多的人希望通过网络进行包括话音、视频、数据在内的多媒体通信。
SIP（会话初始化协议）就是在这种背景下由IETF提出的用于IP网络多媒体通信会话管理的控制协议。
SIP是一个应用层的控制协议，可以用来建立、修改和终止多媒体会话（或者会议）。
近年来，在建设下一代网络的过程中发生了一个很明显的变化：
很多设备厂商都开始将其下一代网络的协议标准向SIP方向倾斜，包括思科，北电都在很多年前取得了较大的提高。
SIP成为追逐的标准，最大的优势就是开发简单，这是相比以前的H.323标准而言的。
使用SIP，用户可以方便地创建、修改终止会话。
通过把SIP与RTP、SDP、RADIUS等协议和DNS、email等成熟系统进行组合，用户可以方便快捷地建立起基于IP网络的低成本、高附加值的多媒体通信系统，同时可以方便地支持用户终端的移动，以低廉的价格快速创建新颖、个性化的增值业务。
当普及多媒体已成为不可逆转的趋势，SIP得到追捧也是情理之中的事情。
同时SIP具有继承性，对于拥有传统网络的运营商来说，SIP在网络发展过程中，无疑是一个承上启下最好的切入点。
SIP将终端用户称为用户代理，请求方称为用户代理客户，被请求方称为用户代理服务器。
UAC负责发起SIP呼叫请求，UAS接收UAC的请求并负责对其做出响应（接受、拒绝或重定向）。
本文首先对SIP产生背景、国内外研究动态、应用领域及其优点进行简单介绍，并详细介绍了SIP的框架层次结构、报文和基本呼叫流程。
在深入分析SIP的核心概念——事务之后，本文对课题研究的主题——SIP用户代理的逻辑框架结构、工作原理进行了详细分析。
最后利用VC++6.0开发一个简单的客户端，在Windows环境下自行设计实现了一个SIP用户代理。
通过代理服务器分别实现用户的登陆、基本语音测试以及PC到PC之间的通信。
关键词SIP，IP电话，多媒体，用户代理
ABSTRACT
WiththequickdevelopmentofthenetworktechnologyandtheappearanceofNGN,moreandmorepeoplewanttocommunicatewitheachotherinmultimediaincludingvoice,video,anddataOntheIPnetwork.SIP（SessionInitiationProtocol）isjustanapplicationlayersignalingcontrolprotocolusedtomanagethemultimediacommunicationsessioncreatedontheIPnetwork.
SIPisacontrolstackoverapplicationlayer.SIPcanbeusedtocall,revise,andstoptheconversationofthemultimedia（orthemeeting）.Recently,averyobviouschangehashappenedduringthedevelopmentoftheNGN.AlotofequipmentmanufacturerfavoredSIPstackontheagreementstandardofnetworks,includingCisco,NorthTelecomwhohavemadegreaterimprovement.SIPhasgreatadvantagebecauseofsimple,comparingwithH.323standard.Wecancreate,modifyandterminateasessioneasilyusingSIP.IfweuseSIPwithotherprotocolincludingRTP,SDP,RADIUS,andcombinewithothermaturesystemsuchasDNSandemail,wecanbuildamultimediacommunicationsystemmorequicklyandataverylowcost.WithSIP,wecaneasilymakeoursystemtosupportmobilityofuser,andcreatnewservicequickly.ThisiswhymanyCo.selectSIP.WhenIPandmultimediahavealreadybecometheirreversibletrend,SIPisgotandpursuedisthethinginthereason.AtthesametimeSIPhassuccession,comparedtooperatorwithtraditionalnetwork.SIPisundoubtedlyabreakthroughpointformingaconnectinglinkbestwhilethenetworkdevelops.
SIPcallend-userastheuseragent,therequestingpartyiscalledtheuseragentclient,therequestedpartyastheuseragentserver.UACisresponsibleforinitiatingSIPcallrequest,UASreceivingtherequestandisresponsibleforitsUACrespondto（accept,rejectorredirect）.
Inthisthesis,wefirstintroducethegeneration,currentstatus,applicationsandadvantagesofSIP.Thenitsbasicconcepts,architectureandcallflowsarementioned.AfterexplainingtheSIPtransaction,Weanalyzethelogicconstruction,runningprincipleofSIPproxy.Finally,weapplyVC++6.0platformtocompleteasimpleUAandrealizeaSIPUserAgentunderWindowsOS.Byaproxy,werespectivelyrealizethelogin/logout,basicsoundtestandcommunicationbetweenPCandPC.
KEYWORDSSIP,VoIP,Multimedia,UserAgent
SIP用户代理软件的设计第一章绪论
第一章绪论
1.1选题的背景
SIP出现于二十世纪九十年代中期，源于哥伦比亚大学计算机系副教授HenningSchulzrinne及其研究小组的研究。
Schulzrinne教授除与人共同提出通过Internet传输实时数据的实时传输协议（RTP）外，还与人合作编写了实时流传输协议（RTSP）标准提案，用于控制音频视频内容在Web上的流传输。
Schulzrinne本来打算编写多方多媒体会话控制（MMUSIC）标准。
1996年，他向IETF提交了一个草案，其中包含了SIP的重要内容。
1999年，Schulzrinne在提交的新标准中删除了有关媒体内容方面的无关内容。
随后，IETF发布了第一个SIP规范，即RFC2543。
虽然一些供应商表示了担忧，认为H.323和MGCP协议可能会大大危及他们在SIP服务方面的投资，IETF继续进行这项工作，于2001年发布了SIP规范RFC3261。
RFC3261的发布标志着SIP的基础已经确立。
从那时起，已发布了几个RFC增补版本，充实了安全性和身份验证等领域的内容。
例如，RFC3262对临时响应的可靠性作了规定。
RFC3263确立了SIP代理服务器的定位规则。
RFC3264提供了提议/应答模型，RFC3265确定了具体的事件通知。
早在2001年，供应商就已开始推出基于SIP的服务。
今天，人们对该协议的热情不断高涨。
SunMicrosystems的JavaCommunityProcess等组织正在使用通用的Java编程语言定义应用编程接口（API），以便开发商能够为服务提供商和企业构建SIP组件和应用程序。
最重要的是，越来越多的竞争者正在借助前途光明的新服务进入SIP市场。
SIP正在成为自HTTP和SMTP以来最为重要的协议之一。
不过，SIP不是万能的。
它既不是会话描述协议，也不提供会议控制功能。
为了描述消息内容的负载情况和特点，SIP使用Internet的会话描述协议（SDP）来描述终端设备的特点。
SIP自身也不提供服务质量（QoS），它与负责语音质量的资源保留设置协议（RSVP）互操作。
它还与若干个其他协议进行协作，包括负责定位的轻型目录访问协议（LDAP）、负责身份验证的远程身份验证拨入用户服务（RADIUS）以及负责实时传输的RTP等多个协议。
SIP规定了以下基本的通信要求：
1、用户定位服务；2、会话建立；3、会话参与方管理；4、特点的有限确定。
SIP是由IETF制定的用于会话管理的应用层协议，目前最新的提议标准为RFC3261。
通过SIP，人们可以方便地在IP网络上创建、修改和终止由一个或多个参与者参与的会话。
任何具有会话管理特征的应用，比如电话、会议、即时消息、游戏等，都可以使用SIP对会话进行管理。
SIP（会话初始协议）的开发目的是用来帮助提供跨越因特网的高级电话业务。
因特网电话（IP电话）正在向一种正式的商业电话模式演进，SIP就是用来确保这种演进实现而需要的NGN（下一代网络）系列协议中重要的一员。
SIP是IETF标准进程的一部分，它是在诸如SMTP（简单邮件传送协议）和HTTP（超文本传送协议）基础之上建立起来的。
它用来建立，改变和终止基于IP网络的用户间的呼叫。
为了提供电话业务它还需要结合不同的标准和协议：
特别是需要确保传输（RTP），与当前电话网络的信令互连，能够确保语音质量（RSVP），能够提供目录（LDAP），能够鉴权用户（RADIUS）等等。
SIP被描述为用来生成，修改和终结一个或多个参与者之间的会话。
这些会话包括因特网多媒体会议，因特网（或任何IP网络）电话呼叫和多媒体发布。
会话中的成员能够通过多播或单播联系的网络来通信。
SIP支持会话描述，它允许参与者在一组兼容媒体类型上达成一致。
它同时通过代理和重定向请求到用户当前位置来支持用户移动性。
SIP不与任何特定的会议控制协议捆绑。
1.2基于SIP协议用户代理软件的国内外研究现状
作为一个IMTF提出的标准，SIP协议在很大程度上借鉴了其他各种广泛存在的Internet协议，如HTTP（超文本传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）等，和这些协议一样SIP也采用的基于文本的编码方式，这也是SIP协议同视频通讯领域其他现有标准相比最大的特点之一。
SIP协议的提出和发展，是伴随着Internet的发展而发展的，到目前为止它走过了以下几个阶段：
1996年首先出现了SIP的概念，这时SIP的主要应用是针对Internet上的各种文本应用，如电子邮件、文字聊天等；
1999年3月，ITEF的多方多媒体会话控制工作组提出了RFC2543建议，供各厂商和机构讨论；
1999年9月，SIP工作组从MMUSIC中分离并独立出来，成立了SIP工作组，并与2000年7月发表了SIP的草案；
2002年6月，ITEF的SIP工作组又发表了RFC3261建议，以取代RFC2543。
由于网络环境以及相关多媒体技术的不足，在SIP协议首次提出的时候，仅仅针对各种文本应用，随着技术的发展，并通过和IETF中IP电话工作组（IPTEL），IP网中电话选路（TRIP）工作组等工作组配合工作，在SIP协议中大大加强了对多媒体通讯的支持。
由于Internet的飞速发展，在最近的两年时间内，SIP已经开始被ITU-TSGl6，ETSITIPON（欧洲标准化组织），IMTE等各种标准化组织所接受，并在这些组织中成立了与SIP相关的工作组。
特别是作为ITU-TSGl6主要成员，在多年发展H.323应用的基础上，针对SIP应用在视频领域的特点，提出了SIP的应用指导，并推出了相应的SIP协议栈，使得ITL的成员实现了这两种协议之间的互通性。
1.3论文内容和结构安排
本文主要是研究基于SIP协议的用户代理软件的设计，首先对SIP产生背景、国内外研究动态、应用领域及其优点进行简单介绍，并详细介绍了SIP的框架层次结构、报文和基本呼叫流程。
在深入分析SIP的核心概念——事务之后，本文对课题研究的主题——SIP用户代理的逻辑框架结构、工作原理进行了详细分析。
最后利用VC++6.0开发一个简单的客户端，在Windows环境下自行设计实现了一个SIP用户代理。
通过代理服务器分别实现用户的登陆、基本语音测试以及PC到PC之间的通信。
SIP用户代理软件的设计第三章用户代理
SIP用户代理软件的设计第二章SIP协议及VoIP的简介
第二章SIP协议及VoIP的简介
会话初始化协议，或称SIP，是一个通讯协议，它使用户的通讯系统更为开放、更好地连接、更方便使用、更多选择和更为个性化。
它是正在由互联网协议（IP）和HTTP背后的全球非赢利机构——国际互联网标准制定组织（IETF）进行升级的标准。
IETF从1996年开始对SIP进行标准化，以支持多点传送的应用。
因为SIP使用简便，功能强大，分布广泛，它在整个IETF内的使用者中迅速得到了认同。
SIP是文本格式的客户一服务器协议，客户机发起请求，服务器进行响应，它非常类似于SMTP和HTTP协议。
SIP沿用了一些HTTP的语法规则和定义，其中包括响应编码结构，一些消息头和它的整个运作机制，与HTTP或SMTP不同的是，SIP既可用TCP也可以UDP来传送。
2.1SIP系统的组成
LS
RS
RS
SIPComponents
PS
PS
UA
Gateway
PSTN
图2．1SIP系统的组成
一个SIP系统（图2.1）主要由两部分组成：
用户代理和网络服务器。
用户代理有用户代理客户机（UAC）和用户代理服务器（UAS），其中用户代理客户机用于发起呼叫，而用户代理服务器则用于响应呼叫。
另外，图中LS（LocationServers）为位置服务器，PS（ProxyServer）为代理服务器，UA（UserAgent）为用户代理。
用户代理客户机和用户代理服务器构成了用户端必备的应用程序，由这两个应用程序完成呼叫的发起和接收。
网络服务器也有两类，它们是代理服务器和重定位服务器。
代理服务器类似于HTTP的代理服务器和SMTP的MTA，它本身并不对用户请求进行响应，只是转发用户请求的中继器，然后将自身地址加入该消息的路径头部分，以保证将响应按原路返回并防止环路的发生。
重定位服务器非常类似于DNS，它收到用户的请求后，若判定自身不是目的地址，则向用户响应下一个应访问服务器的地址，而不是转发请求报文。
另外，还经常用到注册服务器，它是和代理服务器或重定向服务器绑定在一起的，用来接收客户的注册请求，并完成用户地址的注册。
定位服务器本身不属于SIP实体，它位于被叫域中，是Internet中的公共服务器，可以是LDAP服务器、专用企业网数据库、本地文件或通过Internet目录查询finger命令得到的结果，具体形式取决于本地配置，代理服务器和重定向服务器在确定下一跳服务器时都可能向它发出查询请求。
2.2SIP功能概要
SIP主要支持以下五个方面的功能：
①用户定位，确定通信所用的端系统位置；②用户能力交换，确定所用媒体类型和媒体参数；③用户可用性判定，确定被叫方是否空闲和是否愿意加入通信；④呼叫建立，邀请和提示被叫，在主被叫之间传递参数；⑤呼叫处理，包括呼叫终结和呼叫转移等。
2.2.1用户定位
SIP协议通过INVITE请求、ACK请求以及响应，可以确定哪个终端系统参加通信，完成用户的定位。
SIP协议采用SIPURL来描述一个SIP用户的地址，支持如TELURL传统电话的一致资源定位器的描述，它的Contact、To、From头域可以包含各种URL地址描述。
最基本的URL描述是SIPURL，包括user@IP-Addr；user@host；user@domain，支持如phone—number@gateway的与PSTN网关地址格式，支持Tel：
027-86536650这样的电话URL描述和寻址，支持直接“点击呼叫”。
SIP协议本身含有向SIP服务器登录的功能，所以它可以支持用户地址重定向功能、名录服务。
SIP协议也可以利用其它定位服务器如DNS、LDAP等提供的定位服务来增强它的定位功能。
2.2.2会话能力的协商
会话能力协商通过SIP协议的OPTION请求和606应答消息等SIP交互对会话的媒体编码类型、参数，会话带宽要求以及组播和单播方式等会话属性进行协商。
通过SIP协议，再次进行一轮Call-ID不变的INVITE邀请，SIP交互可以在会话期间对一个正在进行的会话的属性如媒体的编码类型和格式，会话占用带宽等等作调整和修改。
2.2.3呼叫参与者管理
基于SIP协议，任何一个SIP用户可以为自己或他人向被叫发起呼叫；任何一个会话参与者或会话外SIP用户（会话控制者）都可以在会话期间把一个或多个其它用户加至一个正在进行的会话；任何一个会话成员或会话外SIP用户（会话控制者）都可以中止一个正在进行的会话。
2.2.4呼叫建立
通过代理服务器完成振铃操作，通过消息的传送来完成主叫方和被叫方的连接和参数的建立。
2.2.5呼叫处理
呼叫处理通过SIP协议的重定向功能对呼叫进行前转：
通过含有Contact头域的BYE请求消息进行呼叫转移。
用户还可以通过组播呼叫或使用带有Also头域的INVITE请求消息进行群呼。
SIP不是一个独立的通信系统，而是利用了其他的IETF协议来建立一个完整的多媒体体系框架结构。
如利用了RTP协议，RTSP协议来控制媒体传输，媒体网关控制来控制PSTN的网关，SDP协议（RFC2327）来描述多媒体会话。
然而，SIP的基本功能和操作不依赖任何其他协议。
SIP提供一些安全服务，包括拒绝服务保护，认证，完整性保护，加密和保密服务等。
2.2.6SIP注册服务
用户在发起会话前，首先应到注册服务器注册。
注册使用REGISTER方法。
注册服务器通常将用户注册的地址信息保存在位置服务器，这样使代理服务器或者重定向服务器就知道那些地址是可以到达的。
注册信息是随时刷新的（默认周期是1h），所以用户每隔一段时间都应主动注册。
注册服务一般伴随其他功能，如提供用户鉴权功能，或者通过注册服务安装呼叫处理程序或第三方应用。
SIP注册服务的目的是使SIP客户机能够使用SIP服务器提供的服务，或使之失效。
在注册请求中，客户机将提供包含在Contact域中的一个或几个地址给注册服务器。
这样
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