SIP-протокол: описание. Протокол передачи данных

Автор Ирина Крылова December 11, 2023

Хотите организовать видеоконференцию прямо со смартфона или сделать бесплатные звонки сотрудникам в любую точку мира? Узнайте в этой статье, как работает протокол SIP - незаменимый инструмент современных коммуникаций.

История создания SIP-протокола

Протокол SIP (Session Initiation Protocol) был разработан в середине 90-х годов двумя учеными - Хенингом Шулзринне из Колумбийского университета и Марком Хэндли из Университетского колледжа Лондона.

Их целью было создание универсального протокола передачи данных на базе IP, который мог бы заменить сложные решения вроде ОКС-7, используемые в традиционной телефонии. В отличие от них SIP должен был отличаться распределенной структурой и возможностью легкого масштабирования при сохранении богатого функционала.

Основными принципами, заложенными разработчиками в SIP, стали простота, модульность и независимость от используемых транспортных протоколов.

В ноябре 2000 года протокол SIP был стандартизирован в рамках 3GPP для использования в IP-телефонии и мультимедийных приложениях. Впоследствии в него неоднократно вносились различные уточнения и дополнения, расширяющие возможности этого универсального решения.

Обзор популярных применений SIP-протокола

SIP-протокол изначально разрабатывался для организации голосовой телефонной связи через IP-сети. Однако со временем он нашел применение и во многих других сферах, где требуется установка и управление мультимедиа-сессиями.

IP-телефония и видеоконференцсвязь
Мгновенный обмен сообщениями и онлайн-игры
Системы оповещения и информирования
Потоковое вещание и IPTV

Перспективным направлением является использование SIP в так называемом Интернете вещей, где он призван обеспечить взаимодействие многочисленных интеллектуальных устройств и сенсоров.

Ключевые компоненты архитектуры SIP-сетей

Любое SIP-приложение, как правило, включает в себя следующие основные компоненты:

Конечные точки (User Agents) - клиенты и серверы, взаимодействующие с пользователем
Прокси-серверы - ретранслируют сообщения между участниками, скрывая их IP-адреса
Редирект-серверы - перенаправляют вызовы по текущим IP-адресам абонентов
Регистраторы и LDAP-серверы - сопоставляют имена пользователей и их адреса

SIP-протокол определяет порядок взаимодействия всех этих элементов при установлении мультимедиа сессий между клиентами. Рассмотрим некоторые базовые сценарии такого взаимодействия.

Механизмы установления соединений в SIP

С помощью SIP возможна организация сессий связи несколькими способами:

Непосредственное подключение клиента к узлу вызываемого абонента
Подключение через один или несколько прокси-серверов
Перенаправление вызова с помощью редирект-сервера

Рассмотрим пример типичной структуры приглашения к сессии через прокси-сервер:

Alice ----INVITE---->	Proxy
Proxy ----INVITE---->	Bob

Здесь клиент Алиса посылает SIP-сообщение INVITE на прокси-сервер, который перенаправляет вызов Бобу. Таким образом оба клиента остаются анонимными друг для друга.

Пример структуры сообщений SIP-протокола

Любой сеанс связи в SIP начинается с отправки специального приглашения от одного узла сети к другому. В UDP это выглядит так:

INVITE sip:bob@example.com SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP pc33.example.com From: Alice <sip:alice@example.com> To: Bob <sip:bob@example.com> Call-ID: 12345@pc33.example.com CSeq: 1 INVITE Contact: <sip:alice@pc33.example.com> Content-Type: application/sdp (данные SDP не показаны)

Здесь Alice приглашает Bob принять участие в сессии, указывая свой и его SIP URI, IP-адрес отправителя, идентификатор вызова и другие параметры. После этого Bob отвечает сообщением об успешном соединении, и начинается непосредственный обмен мультимедиа потоками.

Запросы SIP клиентов и ответы серверов

В основной спецификации SIP определено 6 типов запросов, которые могут посылать клиенты:

INVITE - приглашение к сессии
ACK - подтверждение приглашения
BYE - завершение сессии
REGISTER - регистрация клиента
CANCEL - отмена незавершенного запроса
OPTIONS - запрос информации о возможностях

Помимо указанных стандартных типов, могут использоваться и нестандартные методы запросов. Каждый запрос клиента в SIP вызывает определенную реакцию со стороны вызываемого сервера или агента. Ответы делятся на 6 классов в зависимости от первой цифры кода:

1xx - Предварительные ответы
2xx - Успешные ответы
3xx - Перенаправления
4xx - Ошибки со стороны клиента
5xx - Ошибки на стороне сервера
6xx - Глобальные ошибки

Таким образом, анализируя коды ответов, клиент может определить результат обработки своего запроса на сервере и выбрать дальнейшие действия.

Передача параметров медиапотоков в SIP

Помимо управления сессией, протокол SIP также отвечает за согласование характеристик передаваемых мультимедиа данных между узлами. Для этого используется протокол SDP, который описывает:

Используемые IP-адреса и порты источника и получателя
Параметры аудио и видео кодеков
Требования к полосе пропускания канала

SDP является текстовым протоколом и передается в теле SIP-сообщений, аналогично параметрам заголовков. Для непосредственной передачи мультимедиа потоков затем обычно используется протокол RTP.

Обеспечение безопасности в SIP

Поскольку SIP-протокол широко применяется в публичных IP-сетях, он содержит механизмы для защиты сигнального трафика и передаваемых данных. Основные из них:

TLS и SIPS для шифрования SIP сигнализации
SRTP для шифрования медиа трафика

SIPS использует защищенный TLS канал между клиентом и сервером. SRTP шифрует голос и видео при помощи специальных ключей, согласованных в SDP. Применение данных протоколов позволяет обеспечить конфиденциальность переговоров.

Преимущества SIP-протокола описание

Несмотря на широкое распространение, у SIP есть как сторонники, так и противники. К безусловным достоинствам этого решения можно отнести:

Простота и удобочитаемость сообщений
Гибкость и масштабируемость архитектуры
Возможность интеграции с различными стеками протоколов

Однако по мере развития стандарта и для решения новых задач, изначальная простота SIP-протокола для чайников была несколько утрачена.

Недостатки и альтернативы SIP-протокола для телефонии

SIP-протокол иногда критикуют за чрезмерную сложность по сравнению с изначальной задумкой. Кроме того, у него есть и конкуренты в сфере IP-телефонии. К примеру, протокол H.323, отличающийся большим количеством жестко заданных сценариев работы. Поэтому в некоторых случаях H.323 может оказаться предпочтительнее SIP.

Настройка поддержки SIP протокола на мобильных Android

Для использования SIP на смартфонах и планшетах под управлением Android нужно выполнить следующие действия:

Установить специальное приложение-клиент, например Zoiper
Зарегистрироваться на SIP-сервере провайдера
Настроить параметры соединения в приложении

После этого можно будет совершать и принимать звонки по SIP-протоколу через интернет, а также использовать прочий функционал телефонии IP.

Выбор и характеристики SIP-телефонов для офиса

Для организации SIP-телефонии в офисе можно использовать как обычные аналоговые телефонные аппараты с подключением через ATA-адаптеры, так и специальные IP-телефоны. Последние обладают следующими достоинствами:

Встроенный SIP клиент
Не требуют дополнительного оборудования
Поддержка функций IP-АТС (переадресация, удержание)
Высокое качество звука

При выборе конкретной модели SIP-телефона следует обращать внимание на поддерживаемые кодеки, количество линий, наличие Bluetooth и другие параметры.

Основные сценарии использования SIP в бизнесе

SIP-телефония активно применяется компаниями для решения таких задач как:

Организация единого коммуникационного пространства
Снижение стоимости междугородней и международной связи
Повышение управляемости и масштабируемости телефонии

В колл-центрах и контактных-центрах SIP ценится за возможность гибкой маршрутизации вызовов в зависимости от различных критериев.

Перспективы развития SIP в будущем

Несмотря на широкое распространение, развитие SIP-протокола далеко не завершено. В ближайшие годы предполагается решение таких задач как:

Оптимизация для использования в IoT
Улучшение поддержки видеосвязи
Интеграция с технологиями виртуальной и дополненной реальности

Также не прекращаются попытки упростить этот протокол и вернуть ему изначальную простоту использования и внедрения.

Заключение: перспективы SIP в эпоху цифровой трансформации

SIP-протокол прошел путь от идеи двух ученых до глобального стандарта в сфере унифицированных коммуникаций. Сегодня этот протокол используется миллиардами устройств и приложений по всему миру.

Несмотря на некоторую утрату первоначальной простоты, SIP продолжает активно развиваться. Решая новые задачи, он сохраняет верность базовым принципам - модульности, гибкости и независимости от транспорта.

В эпоху цифровой трансформации эти качества, по-видимому, гарантируют SIP-протоколу успешное будущее и значимую роль в коммуникационных сетях нового поколения.

Интеграция SIP с другими сетевыми технологиями

Одной из сильных сторон SIP является возможность его интеграции с другими сетевыми и телекоммуникационными технологиями. Рассмотрим некоторые типичные сценарии.

SIP и IP PBX

Локальные АТС на базе IP, или IP PBX, широко используют SIP для организации внутренней телефонной связи компании по корпоративной сети. Это позволяет предоставлять сотрудникам дополнительные услуги вроде голосовой почты, интерактивного голосового меню и так далее.

Взаимодействие с традиционной телефонией

Благодаря шлюзам и медиа-серверам возможна интеграция SIP телефонии с традиционными ТфОП и сотовыми сетями. Это позволяет компаниям постепенно мигрировать на IP телефонию, сохраняя поддержку обычных номеров.

SIP trunking

Данная технология применяется для соединения АТС предприятия с сетью оператора связи через SIP. Это упрощает подключение нескольких линий связи и снижает стоимость междугородних/международных вызовов.

Безопасность при использовании SIP

Поскольку SIP широко используется в глобальных IP-сетях, важным аспектом является обеспечение защиты передаваемой информации. Рассмотрим основные угрозы и способы противодействия.

Перехват сигнального трафика SIP

Злоумышленники могут осуществлять перехват и анализ UDP пакетов с целью идентификации участников вызова и получения другой конфиденциальной информации.