网络协议分析与实现00

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TECHNOLOGY通信协议与信令SIP协议设计目的与目标深入理解SIP协议SIP协议的扩展SIP协议实现模型如何全面理解通信协议STATE

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NETWORK通信协议与信令BEIJING

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TECHNOLOGY通信协议通信协议首先是一种“协议”其必须具有协议的基本特征：双边或多边有明确的目标达成目标的方式与方法（表达明确的语义，具有准确的语法和时序）达成一致并共同遵守通信协议是通信系统中的人机，机机交互语言达成通信协议的双边或多边是通信系统目的是完成通信系统之间的协作（主要是进行信息传输）达成目的的方式和方法则是在通信系统间传递一组具有特定语义和语

则的数据通信协议可以认为是通信系统之间就如何进行信息传递而达成的“协议”。注意：任何信息BEIJING

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TECHNOLOGY信令保持用户与电路交换机之间和交换机与交换机之间协同工作的通信系统，在程控交换机中被称为信令系统（Signalling

System）信令系统中所交换的，用于维持信令系统之间协同工作的信息则被称为信令（Signalling）BEIJING

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TECHNOLOGY通信协议与信令通信协议对网络中设备以何种方式交换信息的一系列规定的组合，它对信息交换的速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等许多参数作出定义。信令是指为使通信网中各种设备协调

，在设备之间传递的有关控制信息。它用来说明各自的运行情况，提出对相关设备的接续要求。电路交换系统中“协议” 指的是用于具体信息传送的通信协议信令则更侧重于传递

交换机等通信设备之间的协作信息的通信协议。BEIJING

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TECHNOLOGY通信协议的基本内容语义（Lexeme/Semantic）协议所要表达的 含义准确的表达协议目标的含义和协议双方需要为此而进行的动作的含义保证协议双方对协议将要达成的目标和达成目标的方式方法具有一致的认识语法（Grammar/Syntax）语义能够正确表达的规范语义的描述规则和详细的格式规范是协议双方所制定的这种语义能够被双方正确理解的保证时序（Sequence）语义被正确表达的时间点和先后顺序时序是语义被正确解析的保证时间顺序的错误将使协议动作本来所表达的语义造成错误的理解时序的内容：方向，顺序，定时BEIJING

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TECHNOLOGY通信协议的基本内容与分析方法传递特定信息的方法–语法协议所需要传递信息的规格说明协议所需要规范的语义的规格说明–消息的定义消息的结构定义消息的编

方式–时序方向顺序定时一般采用二进制字节编码一般采用“请求-应答”时序特定的目标完成信息系统之间特定信息的传递达成特定目标的方式与方法语义一般采用自然语言定义BEIJING

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TECHNOLOGY通信协议的制定超文本传输协议（HTTP：HyperText

Transfer

Protocol）应用层通信协议最初设计目的是为了提供一种发布和接收HTML页面的方法协议设计请求GET：要求获得Request-URI指定的资源POST：向Request-URI资源位置提交数据，请求处理（例如提交表单或者上传文件）PUT：向Request-URI资源位置上传其

内容…...–

应答2xx：请求已成功被服务器接收、理解、并接受。反馈处理结果……GET请求200响应GET

/sample/jsondata.html?nocache=1248935964991HTTP/1.1Host:

User-Agent:

Keep-Alive:

300Connection:

keep-aliveContent-Type:

text/plain浏览器

服务器HTTP/1.1

200

OKDate:

Thu,

30

Jul

2009

06:39:24

GMTServer:

Apache/2.2.3

(CentOS)Content-Length:

1556Content-Type:

text/html语义语法时序方向32s

定时GET请求顺序STATE

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NETWORKSIP协议的设计背景SIP协议的设计目的与目标SIP协议设计目的与目标BEIJING

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TECHNOLOGYSIP协议的设计目的SIP协议是一种应用层会话控制协议用于

控制层用于建立、修改、终止用户之间的多

会话（邀请指定用户加入多 会话）User

Location（用户定位）User

Availability（用户可用性）User

Capabilities（用户能力）RFC3261如何标识和找到用户及其终端用户是否可以接受会话邀请建立什么样的会话Session

Setup（会话建立）Session

Management（会话管理）

如何发起和建立会话如何管理和关闭会话BEIJING

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TECHNOLOGYSIP协议逻辑功能实体用户 （UA:

UserAgent）代表用户发起/终结会话请求User

Agent

Client（UAC）发起会话请求User

Agent

Server（UAS）接收并终结会话请求UA在不同的时间呈现不同的角色发起请求的时候－UAC接收请求的时候－UAS服务器（Proxy）–

作为服务器接受用户的会话请求完成用户请求的接入鉴权和路由作为客户机转发用户的会话请求服务器分类无状态 服务器(Sta ess

Proxy)Transaction状态相关 服务器(Transaction

Stateful

Proxy

)Call状态相关

服务器(Call

Stateful

Proxy

)与UA的区别服务器可以解释、改写会话请求，但不能主动发起或终结会话请求BEIJING

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TECHNOLOGYSIP协议逻辑功能实体重定向服务器（Redirect

Server）作为服务器接受用户的会话请求终结用户请求，并向发起请求的用户提供多个备选的地址备选地址可以是请求URI的路由结果备选地址也可以是一个相关的地址与UA的区别重定向服务器终结了用户的请求，但不能主动发起请求与Proxy的区别重定向服务器终结用户请求，而不会转发用户请求服务网（Register

Server）–

接收并处理用户的

／查询／注销请求（REGISTER）位置服务器（Location

Server）管理Address-Of-Record（AOR）一个AOR可以绑定一个或多个地址为

服务器或重定向服务器提供可能的被叫用户地址LocationServer不是SIP协议逻辑功能实体，SIP协议没有规范Location

Server的接口与实现BEIJING

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TECHNOLOGYSIP协议逻辑实体与物理实体SIP协议的几个功能实体并不是独立存在的物理实体，而是逻辑实体物理设备在不同的时间，处理不同请求的时候，可以呈现不同的逻辑角色定义逻辑实体的原因：逻辑实体约束了消息处理过程与方式RedirectRegister,

LocationLocation,

UASUACUACProxyBEIJING

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TECHNOLOGYSIP协议的特点SIP是互联网协议使用基于文本的消息，跨平台、易于阅读理解使用与HTTP类似的消息结构定义，语法结构与HTTP类似使用与

类似的消息体承载机制MIME（Multipurpose

Internet

MailExtensions

多用途互联网邮件扩展）SIP采用“C-S”架构使用与HTTP类似的“请求－响应”机制响应分类：临时响应、最终响应每个请求必须有最终响应请求的发起端

Client，请求的终结端

ServerSIP协议不是一个满栈协议（

SIP

is

not

avertically

integrated

communications

system）用户能力采用SDP描述信令传送采用TCP/IPSIP是“端－端”协议从UA发起，到UA终结Server仅仅完成寻路转发，不

呼叫过程的中间状态（宽松路由）优先按照UA指定的路由（Route）转发，其次按照用户地址（Request-URI）路由转发通信秩序依赖UA的自我约束（胖客户端-瘦服务器）SIP协议网络基于逻辑组网SIP用户只有逻辑归属域的概念，并无物理归属地概念，平面网络，可以无汇聚、中继节点用户必须

到自己的归属控制域（HOME-

），以支持用户寻址，支持个人移动性STATE

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NETWORK深入理解SIP协议事务处理Transaction处理Dialog会话处理SessionBEIJING

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TECHNOLOGY事务（Transaction）Transaction用于应用层重发、定时和请求与响应的匹配A

SIP

transaction

occurs

between

a

client

and

a

serverand

comprises

all

messages

from

the

requestsent

from

the

client

to

the

server

up

to

a

final

(non-1xx)

response

sent

from

the

server

to

the

clientSIP协议是基于事务（Transaction）的协议–

SIP协议的“请求”-“响应”机制UserAProxyResponseResponseRequestRequestRequestRequestUserBBEIJING

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TECHNOLOGYTransaction的分类INVITE

TransactionINVITE请求创建的Transaction对应于INVITE三次握手处理规则：临时响应保证请求的可靠传送，最终响应依靠ACK保证可靠传送Non-INVITE

Transaction非INVITE请求创建的Transaction对应于除了INVITE之外其他请求处理规则的Transaction注意：ACK并不能构成事务（没有响应）Regular

Transaction:A

regular

transaction

is

any

transaction

with

a

methodother

than

INVITE,

ACK,

or

CANCEL对应于标准的“请求－响应”处理规则：请求与最终响应互为可靠传送保证Regular

Transaction一定是Non-INVITE

Transaction，Non-INVITE

Transaction不一定是Regular

Transaction：如CANCEL事务BEIJING

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TECHNOLOGYDialog如何维持呼叫过程中多个消息的上下文关系？如何区分多个呼叫之间的消息？A

dialog

is

er-to-peer

SIP

relationship

between

two

UAs

thatpersists

for

sometime.Dialogs

are

created

through

t eration

of

non-failureresponses

to

requests

with

specific

methods– A

dialog

is

established

by

SIP

messages,

such

as

a

2xx

response

to

anINVITE

request.the

BYE

method

terminates

a

session

and

the

dialog

associated

with

it–

Dialog用于态同步UA之间的关联关系和状Dialog并不一定非得是INVITE请求发起（specific

methods）Dialog并不一定是2xx响应确认创建（non-failure

responses）Dialog也并不一定是BYE请求关闭（与什么请求创建相关）UserAUserBINVITE200INVITE200UserCBEIJING

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TECHNOLOGY会话与会话建立会话是一组多发送方和多接收方，及发送

接收方之间的关系和发送

接收方之间的数据传送关系会话逻辑连接关系流承载连接控制承载/协商控制承载/协商承载处理UA承载处理UA如何建立和管理会话？如何描述和交换用户能力？BEIJING

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TECHNOLOGY会话建立的三层含义电信应用平面电信传送平面传送用户面应用用户面信令传送数据传送传送控制面承载控制数据应用控制面会话控制电信应用平面电信传送平面传送用户面应用用户面信令传送数据传送传送控制面承载控制数据应用控制面会话控制传送技术会话建立的三层含义实体之间逻辑连接关系的建立实体之间承载连接的建立实体之间

流的建立会话逻辑连接关系承载连接流BEIJING

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TECHNOLOGY会话建立、协商与SIPSIP协议提供了“

（Dialog）”建立能力，支持用户邀请与

关系管理SDP协议提供了SIP协议完成的是“会话”建立吗SIP协议完成的是：维持End－End之间的逻辑连接关系SIP协议本身不关心承载连接和

流的建立SDP的Offer-Answer模型完成会话协商承载协商：地址的交换（IP地址+端口）主从决定协商： 类型和编 方式的协商能力交换BEIJING

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TECHNOLOGYSIP协议的事务、

、会话关系如何保证消息可靠传送？事务——基于“请求-响应”的消息处理机制如何管理终端之间具有先后顺序、表达一定语义的一组消息？——“端-端”状态同步机制如何基于

建立和管理多方多

会议？会话——多方多

“会议”管理机制STATE

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NETWORKSIP协议的扩展BEIJING

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TECHNOLOGYSIP协议扩展的原因扩展协议的原因原协议语义已经不能支持新的通信服务需求（服务逻辑有差异）原协议所携带的信息已经不能描述新的通信能力需求（对能力的描述有差异）扩展协议的目的在原协议总体框架不变前提下支持新的语义，以满足新通信服务的需要在协议处理方法不变的前提下扩展新的协议描述语

则，以满足对新通信能力的描述BEIJING

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TECHNOLOGYSIP协议扩展的方法与原则SIP协议扩展原则–满足扩展需求符合SIP基本协议处理机制和要求TransactionDialogSession兼容已经存在的系统SIP协议扩展方法增加消息头增加消息头的参数增加消息实现特定的语义满足特定的语则＋时序BEIJING

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TECHNOLOGYSIP协议扩展的SIP不是声称不支持业务的吗？just because

it’

s

thereINFO／PRACK／UPDATE扩展的目的是什么完善协议会话处理能力SUBSCRIBE／NOTIFY／PUBLISH

/

REFER／MESSAGE扩展的目的是什么增强SIP对特定业务需求的处理能力订阅第

状态和状态变更通知能力邀请第二方向第

发起请求的能力端-端信息处理能力SIP支持业务的特点：

“端-端”服务终端智能化STATE

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NETWORKSIP协议实现模型BEIJING

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TECHNOLOGY信令协议的描述方法与协议栈的功能特定的目标–

信令协议的设计目标达成特定目标的方式与方法语义传递特定信息的方法信令协议控制消息定义语法协议所需要传递信息的规格说明

=协议所需要规范的语义的规格说明信令协议消息结构规范信令协议消息编

规范–

时序消息传递方向与方式消息传送顺序消息定时应用层传送层栈逻辑层提供一个无二义性的信令方法定义提供一个供应用层使用的接口提供一个消息编解码方法提供一个消息纠错方法提供一个维持消息正确传递的机制提供一个不同传输技术的适配接口BEIJING

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TECHNOLOGYSIP协议分层结构EthernetIPv4

or

IPv6Unicast

or

MulticastTCPUDP

SCTPSession

Initiation

Protocol(SIP)ApplicationTransaction

LayerTransportLayerSyntax

and

EncodingLayerTransaction

User提供消息的定义提供基于增强BNF范式的消息编提供消息校验提供报文收发的传输层