8. SIP: The Protocol and the Application

摘要

SIP已經成為VoIP的主要通訊協定，其相關研究及通訊標準，日益蓬勃。 本章主要探討 SIP的協定內容，了解其成為主要信令控制協定的原因，並進 而探討為了和現有的PSTN公眾網路 銜接而制定的SIP延伸協定：SIP-T、SIP-I，比較其優缺點。

本章也探討了SIP 的一個重要應用，IMS多媒體子系統。 IMS除了已經是成為行動電話中packet switching domain的標準之外，許多後續的應用服務及技術發展， 以及標準的制定，都把IMS當成一個重要的核心技術。

8.1 前言

8.2 SIP及其延伸

8.2.1 SIP

8.2.2 SIP的特點：

1. 簡單：SIP的通訊模式與 HTTP通訊協定的類似，採用請求(request)/回應(response)的模 式，提供數種的要求命令(command)和回應代碼(status code)，並配合夾帶檔頭欄位(header fields)訊息和通訊內容 (content)，來完成呼叫控制。

2. 以文字為主：類似HTTP的作法， 將協定的訊息以文字 (Text)表達並使用標準的字元編碼，如ASC-II或UTF-8。使用文 字模式有幾種好處，首先是容易實作，特別是容易進行偵 錯(debug)；再者是擴充性較佳，增 加額外的訊息不需要大幅更動原有的解析程式。

3. 與傳輸層分離：SIP在傳輸層之上運作， 可以提升網路傳輸的適應性和支援性，例如在封包漏失較為嚴重 的網路環境中使用TCP連線，而在較好的環境中就使用UDP。

4. 支援移動性：SIP在制定時，就將支援移動性 納入考量，使得無 論在呼叫階段或是交談過程中，都可以藉由轉送或是重新邀請 (re-invite)的方式來維繫會談session。

較早被運用於VoIP 的通訊協定是H.323，但H.323 並非為了VoIP而設計的，因此在支援VoIP有許多缺陷。 反觀 SIP 卻是專為VoIP而設計的，因此比SIP 有許多顯著的優點。

8.3 SIP的架構

四種基本的元件，包括：

User Agent

Proxy Server：

Redirect Server：

Registrar Sever：

其他一些伺服器像是Location Server和Media Gateway等，雖 然這些伺服器都不會處理跟SIP的訊息，但通常一個SIP的系統都會 需要用到這些伺服器，才能建立完整的通話。

SIP的語法是以BNF規則所定義的，該語法規則非常類似HTTP的 通訊協定，最基本的單位為SIP Message，Message是由三部分所組 成：起始行(Start Line)、訊息表頭(Message Header)、訊息本體 (Message Body)。而Message又分兩種：請求(Request)和回應 (Response)。

Start Line：

Message Header：

Message Body：

SIP在每次的會談中稱作交談(Dialog)。在Dialog中可能會包含 許多訊息交易(Transaction)，所謂的Transaction就是由請求端發出 請求命令到另一端回應的訊息被接收完畢為止。每個Transaction都 會有個序號ID，用來辨識每個交易的順序及回應關係。

除了語法與物件的定義外，SIP也描述了幾種建立呼叫的模型，包 括只包含兩個UA參與的直接呼叫(Direct Call)；和經過Proxy Server 的代理呼叫(Proxy Call)、多重代理呼叫；透過Redirect Server的重 定向呼叫(Redirect Call)。另外還有透過第三方的呼叫控制(3rd Party Call Control, 3PCC)，來完成像是REFER、CONFERENCE等應用。 另外還有一些進階的功能，如一號多機、一機多號、請勿打擾(Do Not Disturb)、自動轉接(Call Forward)、自動回撥、呼叫保留和話中插接 等功能不一而足。詳細的內容須參考IETF RFC 3261及相關的RFC文 件。其他與SIP協定相關的網路協定還包括：

SDP：

RTP：

LDAP：

8.4 SIP-T

SIP-T的目的是在於提供PSTN與IP網路之間，訊號轉譯與互相運作 的一套機制，使得從兩端服務都能夠透通地彼此連接。在SIP-T協定中定 義了三種連接的方式，分別為

1. SIP Bridging：

2. PSTN origination ：

3. IP origination ：

三種呼叫的模型，其中最主要的整合工作就是在作SIP和ISUP(ISDN User Part)訊息的轉譯和傳送。ISUP為PSTN上面負責通話控制的信令協 定，被定義於ITU-T的Q.761-Q.764。除了ISUP，SIP-T也支援在 PBX(private branch exchanges)裡所使用的通訊協議QSIG，該協議為 一種類比式的信令控制的協定。

為了增加對PSTN各方面的應用支援及與ISUP的互通性，SIP-T也提 出兩種方法，分別為封裝(Encapsulating)與對應(Mapping)，分別定義 於RFC3204與RFC3398。所謂的封裝就是將ISUP的訊息在進入SIP-ISUP 閘道時，會被完整的封裝起來，以確保所有與ISUP服務業務相關的資訊 被複製進SIP網路而不致遺失。因為這些資訊需要以二進位碼的方式儲 存，而且不定常對，所以SIP-T定義了使用Multipurpose Internet Mail Extensions(MIME) Multipart的方式封裝。以MIME的方式編碼就可以確 保二進位碼的方式可以在以文字為主的SIP網路中傳送；而Multipart的 語法則可以支援不定長度的資料裝載。而所謂的對應，就是將許多ISUP 的一些服務，定義出對應的SIP訊息，以便讓SIP網路可以支援一些常用 的呼叫服務，像是自動回覆、自動轉接、無人回應，呼叫取消等功能，藉 著對應的SIP功能來完成服務。至於只在ISUP網路有效的服務，則只能 藉由封裝將訊息載送到另一端的ISUP網路。

8.5 SIP-I

8.6 SIP-T 與SIP-I之間的比較

8.7 IMS

以3GPP為例，在3GPP R5之後便有了IMS的雛形，相關的需求及技 術細節被定義在3GPP TS 22.228。在IMS裡定義了在IP網路裡及時語音多 媒體傳輸服務會使用到的實體和程序，並用SIP來執行呼叫控制和交談管理 的即時服務。在IMS架構中最重要的的實體(Entity)就是通話狀態控制功能 (Call State Control Function, CSCF)，依據不同任務，這些CSCF又可區 分為三種：服務通話狀態控制功能(Serving CSCF, S-CSCF)、代理通話狀態 控制功能(Proxy CSCF, P-CSCF)、協詢通話狀態控制功能(Interrogating CSCF, I-CSCF)。

Serving CSCF：

Proxy CSCF：

Interrogating CSCF：

整個IMS是由這些CSCF再加上一些媒體閘道器這些主要元件，並以 各種不同的介面彼此連接，IMS的全貌如圖8.8：

這些元件彼此之間都會使用各個不同的介面來連接，這些介面大致可 分為：信令和服務控制介面，包括CSCF和MGCF、BGCF、MRFC之間的 界面，這些介面主要是傳遞SIP訊息用。媒體閘道控制介面則是定義媒體閘 道的介面。還有像是與資訊伺服器(如HSS)之間的界面以及與外部網路連接 的介面。

IMS藉由原來3GPP行動能力的架構，藉由Home network的HSS， 手機透過IMS可以指定Home network的S-CSCF來提供SIP的服務，包 括提供一個服務平台，讓其他所有的應用服務都可以在上面運作，如SIP相 關的Application server、CAMEL service environment、OSA Application Server等。

當手機在IMS建立連線時，遵循SIP信令的程序，先向S-CSCF註冊， 以便S-CSCF記錄手機位置，接著再由手機提出邀請(Invite)的訊息，透過 P-CSCF及I-CSCF的連接，再由S-CSCF轉接到目的端的S-CSCF，再由 I-CSCF、P-CSCF轉送至目的端的手機，之後便由此路徑完成信令的動作， 再由其他的媒體閘道器負責媒體串流的傳送或必要的轉換。由於IMS有良好 的開放是界面的設計，使得它很容易成為其他服務的一個通用的平台，這使 得接下來許多相關的服務都以IMS作為架構的基礎。

8.8 IMS 相關應用

已經有許多的研究提出對於使用SIP/IMS作為IP-base通訊網路架構， 其中相關的技術與問題探討或是一些價購方案。例如行動能力的規劃，提供 一種seamless mobility的架構，來整合所有通用的連線通訊技術，以建立 未來NGN的實現提出一種可能性。 在Kalmanek等人所提出的無接縫式的行動服務架構中，基本上是一 種能夠符合3GPP互連模式等級5(Interworking Level 5)需求的一種解決方 案，在該架構中作者提出一些的構建區塊的模型(如圖6)，來建立一個無接 縫式的行動服務。

在該模型中，整合所有可能的通訊技術，包括行動電話通訊、無線網 路(Wi-Fi或WiMax)、IP網路、UMA(Unlicensed Mobile Access)等，透 過一個無縫式行動中間層，提供上層的應用服務如IP Central Exchange、 IP-PBX、VoIP等通訊服務。而這裡最重要的關鍵就是IMS，利用IMS的架 構搭配一些元件，就可以提供類似中間層的一種服務平台。

為了達到這樣的目標，作在現有IMS的框架中作一些延伸，就是將一 個智慧型網路應用伺服器來和SIP中的呼叫控制作整合，以便強化IMS能完 全符合無縫式行動通訊的服務。整個架構的設計如圖7：

其中最重要的部分就是要整合各個不同無線的通訊技術，當移動端從 手機網路到無線區域網路時，這個智慧型的行動伺服器(Mobility Server)必 須要能偵測到，並且須通知IMS的核心(包含P-CSCF、S-CSCF、I-CSCF)， 再由IMS提供通話延續性的相關服務，以保持通話的品質。而且這樣的服務 除了語音的通訊服務外，也必須考慮其他的數據加值服務，當然也必須整合 現有在公眾網路(PSTN)裡所提供的各種服務(如ISDN等等)。然而這樣的架 構要能實際運作，還必須考量到許多因素，像是整個架構的延伸性 (Scalability)，一旦網路的規模擴大，這個智慧型的行動伺服器必須能以分 散式的架構來運作，另外一方面包括在提供無縫式的交遞時，對於品質服務 QoS的控制與對應也必須同時考慮到。目前許多技術或相關標準都已在進行 中，相信以技術的觀點，這樣的服務已經是越來越可行。

8.9 結論

參考資料