SIP协议详解：从请求到挂断的全生命周期

SIP，即Session Initiation Protocol（会话初始协议），是一种应用层控制协议，专为建立、修改及终止多媒体会话而设计，如Internet电话等。它涵盖了五个关键方面：用户定位，用于确认终端用户的位置；用户有效性，旨在检查用户是否愿意参与会话；用户能力，涉及媒体和媒体参数的检测；会话建立，包括“ringing”状态和在呼叫方与被叫方间建立会话参数；以及会话管理，涵盖发送、终止会话，修改会话参数及激活服务等操作。

SIP协议结构

> 消息体结构和请求行

接下来，让我们一同揭开SIP协议格式的神秘面纱。SIP消息结构与HTTP相似，包括请求行、消息头和正文，请求行说明方法和版本。请求行的格式为“Method Request-URI SIP-Version”，而method则包括多种消息方法，如INVITE、ACK等。

> 消息头详细解读

消息头部分包括多个字段，例如Record-Route、Via、Max-Forwards、Call-ID、CSeq、Allow、Supported、User-Agent、Content-Type和Content-Length等。这些字段提供了关于SIP消息的详细信息，如路由记录、传输路径、最大转发次数、呼叫标识、请求序列号、允许的方法、支持的选项、用户代理信息以及消息体的类型和长度等。通过解析这些消息头字段，接收方可以了解消息的来源、目的地、传输方式以及包含的内容等信息，从而正确处理和响应SIP请求或响应。

> 状态码示例

状态行的格式：SIP-Version Status-Code，例如：SIP/2.0 200 OK。接下来，我们将简要介绍一些常见的状态码。

03完整流程案例

> 环境说明

在接下来的案例中，我们将介绍SIP协议的实际应用场景。实验环境中使用了docker、Kamailio和FreeSWITCH容器。本地en0 网卡地址为192.168.31.188，Kamailio的IP为172.18.0.188，代理端口为15060，而FreeSWITCH的IP为172.18.0.1。

> INVITE消息示例

从本地IP地址192.168.31.188发出的INVITE请求，目标分机号为10087。该请求包含具体的字段如Call-ID和CSeq等。在SIP协议中，这样的 INVITE 消息标志着一个新会话的开始。

100 > Trying消息

消息来自FreeSWITCH，表示已收到请求并准备呼叫目标。目标号码正在处理中，该状态通过Via和Call-ID字段信息得到体现。此类消息的Via头域指明了消息的传输路径和接收地址。

183 > Progress消息

在SIP协议中，183 Progress消息表明呼叫正在进行中。这意味着呼叫已从源成功传递到目标端，并且目标端已经接受该呼叫。Freeswitch发送此消息以确认连接正在建立。

200 > OK消息

当电话被接听后，系统会回复一个200 OK的消息给freeswitch，确认呼叫已成功建立。请求成功，且会话已建立。该的消息头部包含了允许的操作，如INVITE、ACK等，以及一系列支持的扩展功能。

> BYE和结束挂断

结束通话时，系统会发送一个BYE消息，携带挂机原因。此消息告知freeswitch某一方决定结束通话，freeswitch收到后会相应地做出响应，确认会话的终止。至此，整个SIP协议的通话流程便宣告结束。

过程描述：

默认端口5060。

   

用户注册：

        用户开机后向服务器发起注册登记（register）来告诉服务器自己已经开机了请帮忙在服务器上给我注册登记。服务器收到电话用户发来的register，发现用户发来register未携带认证信息并回复用户一个401 Unauthorized的状态码（401未授权），同时服务器回生成一个nonce字段来告诉用户后面注册需要携带这些认证信息。用户收到后查看服务器发来的nonce，并将认证所需要的信息带上再次向服务器发出Register。服务器收到用户发来的register并查看是否携带了注册登记所需的信息，都携带了会给用户注册登记上服务器并给用户回复一个200 OK

呼叫流程：

   呼出失败：

       用户A想要与用户B建立通话，首先用户A会向服务器发送一个携带ip、电话号码等信息的INVITE with stp1请求，服务器收到后立刻回复用户A一个100 Trying的状态码（100临时响应），告诉用户A已经收到你的请求并已经开始尝试呼叫，接着服务器又给用户A回复一个407的 状态码，同时会携带上一个nonce字段告诉用户A需要携带哪些认证信息。用户A收到服务器发来的状态码后给服务器回了一个ACK确认（注：每一个INVITE请求都会以一个ACK最后确认）。

    呼出成功：

       接呼出失败，通过407的状态码用户A知道了服务器所需要的认证信息，然后携带上所需信息重新向服务器发起INVITE，服务器收到后立刻回复一个100 Trying的状态码（100 临时响应），告诉用户A已经收到你的请求并已经开始尝试呼叫。然后服务器就开始匹配用户B的信息，匹配成功后直接向用户B转发用户A的请求，用户B收到请求后也会向服务器发送一个100 Trying状态码，告诉服务器已经收到发来的请求。接着用户B还会发送一个180 Tinging的状态码（正在振铃），表示已经开始振铃。服务器收到用户B的180 Tinging后也会向用户A发送一个 180 Trying来告诉用户A，用户B已经振铃了，这时表示用户A和用户B 的连接都没有问题，于是都向服务器发送一个200 OK的状态码。最后用户A和用户B处理完INVITE最终会发送一个ACK确认。

    挂断流程：

       通话需要结束时，用户A会先发送一个BYB请求消息给服务器，通知服务器已经挂断电话，服务器收到消息后回回复一个200 OK for byb的状态码，同时服务器发送BYB消息告诉用户B用户A已经挂断，用户B收到后会回复服务器一个200 OK for byb的状态码表示确认挂断。