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深入解析音视频流媒体SIP协议交互过程

news 2025/7/5 11:14:47

一、引言

在音视频流媒体传输过程中，SIP（Session Initiation Protocol）协议发挥着举足轻重的作用。本文将详细全面地介绍音视频流媒体传输中的SIP协议，包括其基本概念、交互过程、关键信令以及应用场景

二、SIP协议基本概念

1. 定义：

SIP是一种应用层控制协议，用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。

2. 功能：

SIP协议主要实现以下功能：
（1）用户定位：通过SIP协议，可以找到终端用户的当前位置。
（2）会话建立：在找到用户后，SIP协议负责建立会话。
（3）会话修改：在会话过程中，SIP协议支持修改会话参数。
（4）会话释放：结束会话时，SIP协议负责释放相关资源。

三、SIP协议交互过程概述

1. 注册过程

（1）用户端（UAC）向SIP服务器发送注册请求。
（2）SIP服务器（UAS）验证用户信息，并存储在数据库中。
（3）SIP服务器向用户端发送注册成功响应。

2. 邀请过程

（1）UAC向UAS发送INVITE请求，邀请对方加入会话。
（2）UAS收到INVITE请求后，向UAC发送100 Trying响应。
（3）UAS向UAC发送180 Ringing响应，表示正在响铃。
（4）UAS接受邀请，向UAC发送200 OK响应。
（5）UAC收到200 OK响应后，向UAS发送ACK确认。
（6）会话建立，开始传输音视频数据。

3. 会话修改过程

（1）UAC向UAS发送RE-INVITE请求，请求修改会话参数。
（2）UAS收到RE-INVITE请求后，向UAC发送100 Trying响应。
（3）UAS同意修改，向UAC发送200 OK响应。
（4）UAC收到200 OK响应后，向UAS发送ACK确认。

4. 会话释放过程

（1）UAC向UAS发送BYE请求，表示要结束会话。
（2）UAS收到BYE请求后，向UAC发送200 OK响应。
（3）会话结束，资源释放。

四、SIP协议关键信令

方法（Method）：SIP协议中的方法包括INVITE、ACK、OPTIONS、BYE、CANCEL、REGISTER等。
响应（Response）：SIP协议中的响应包括1xx（临时响应）、2xx（成功响应）、3xx（重定向响应）、4xx（客户端错误响应）、5xx（服务器错误响应）和6xx（全局错误响应）。
头域（Header）：SIP协议中的头域包括To、From、Contact、Call-ID、CSeq等。
消息体（Body）：SIP协议中的消息体用于携带会话描述协议（SDP）等信息。

五、协议交互示例

以视频会议的SIP协议交互为例，假设有两个用户，Alice和Bob，他们要通过视频会议系统进行通话。以下是整个过程的SIP协议交互步骤和详细解释。

1. Alice注册到SIP服务器

REGISTER sip:example.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP alice-pc.example.com;branch=z9hG4bKnashds7
To: <sip:alice@example.com>
From: <sip:alice@example.com>;tag=1928301774
Call-ID: a84b4c76e66710
CSeq: 1 REGISTER
Contact: <sip:alice@alice-pc.example.com>
Max-Forwards: 70
Content-Length: 0

REGISTER: SIP方法，用于注册用户位置。
Via: 标识请求的传输路径。
To: 指定注册用户的地址。
From: 指定注册用户的地址，并包含一个标签（tag）用于匹配响应。
Call-ID: 通话的唯一标识符。
CSeq: 请求序列号，用于匹配请求和响应。
Contact: 指定用户当前的联系方式。
Max-Forwards: 限制请求的最大转发次数。
Content-Length: 消息体的长度，这里为0，因为没有消息体。

2. SIP服务器响应Alice的注册请求

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP alice-pc.example.com;branch=z9hG4bKnashds7
To: <sip:alice@example.com>;tag=1234567
From: <sip:alice@example.com>;tag=1928301774
Call-ID: a84b4c76e66710
CSeq: 1 REGISTER
Contact: <sip:alice@alice-pc.example.com>
Expires: 3600
Content-Length: 0

200 OK: SIP响应代码，表示注册成功。
To 和 From: 包含了请求中的标签。
Expires: 指定注册的有效期。

3. Alice发起视频会议邀请

INVITE sip:bob@example.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP alice-pc.example.com;branch=z9hG4bK74bf9
To: <sip:bob@example.com>
From: <sip:alice@example.com>;tag=1928301774
Call-ID: a84b4c76e66710
CSeq: 2 INVITE
Contact: <sip:alice@alice-pc.example.com>
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 151
(v=0
o=alice 2890844526 2890844526 IN IP4 alice-pc.example.com
s=
c=IN IP4 alice-pc.example.com
t=0 0
m=audio 49170 RTP/AVP 0
m=video 51372 RTP/AVP 31
a=rtpmap:31 LPCM/8000)

INVITE: SIP方法，用于发起会话。
Content-Type: 指定消息体的类型，这里是SDP（Session Description Protocol）。
Content-Length: 消息体的长度。
SDP: 描述了会话的媒体信息，包括音频和视频的端口、编码格式等。

4. Bob的SIP服务器转发INVITE请求

Bob的SIP服务器收到Alice的INVITE请求后，会将其转发给Bob。

5. Bob响应INVITE请求

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP alice-pc.example.com;branch=z9hG4bK74bf9
To: <sip:bob@example.com>;tag=456789
From: <sip:alice@example.com>;tag=1928301774
Call-ID: a84b4c76e66710
CSeq: 2 INVITE
Contact: <sip:bob@bob-pc.example.com>
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 145
(v=0
o=bob 2890844527 2890844527 IN IP4 bob-pc.example.com
s=
c=IN IP4 bob-pc.example.com
t=0 0
m=audio 49172 RTP/AVP 0
a=rtpmap:0 PCMU/8000
m=video 49174 RTP/AVP 96
a=rtpmap:96 H264/90000)

m=audio 49172 RTP/AVP 0: 表示Bob的音频流使用端口49172，使用RTP协议，音频编码为PCMU。
m=video 49174 RTP/AVP 96: 表示Bob的视频流使用端口49174，使用RTP协议，视频编码为H264。

6. Alice确认会话

收到Bob的200 OK响应后，Alice发送ACK请求以确认会话。

ACK sip:bob@bob-pc.example.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP alice-pc.example.com;branch=z9hG4bK74bf9
To: <sip:bob@example.com>;tag=456789
From: <sip:alice@example.com>;tag=1928301774
Call-ID: a84b4c76e66710
CSeq: 3 ACK
Content-Length: 0

ACK: SIP方法，用于确认INVITE请求的最终响应。
CSeq: 序列号增加，表示新的请求。

7. 媒体流传输

在Alice发送ACK后，Alice和Bob之间的媒体流开始传输。音频和视频数据通过RTP协议在Alice和Bob之间直接传输，而不通过SIP服务器。

8. 结束会话

假设Alice想要结束通话，她会发送BYE请求。

BYE sip:bob@bob-pc.example.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP alice-pc.example.com;branch=z9hG4bK74bf9
To: <sip:bob@example.com>;tag=456789
From: <sip:alice@example.com>;tag=1928301774
Call-ID: a84b4c76e66710
CSeq: 4 BYE
Content-Length: 0

BYE: SIP方法，用于终止一个已经建立的会话。

9. Bob确认结束会话

Bob收到BYE请求后，发送200 OK响应以确认会话结束。

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP alice-pc.example.com;branch=z9hG4bK74bf9
To: <sip:bob@example.com>;tag=456789
From: <sip:alice@example.com>;tag=1928301774
Call-ID: a84b4c76e66710
CSeq: 4 BYE
Content-Length: 0

六、SIP协议应用场景

VoIP电话：SIP协议广泛应用于VoIP电话系统，实现语音通话、视频通话等功能。
即时通讯：SIP协议可用于即时通讯软件，实现文字聊天、语音聊天、视频聊天等功能。
视频会议：SIP协议支持多方视频会议，提高企业沟通效率。
IoT设备：SIP协议可用于物联网设备之间的通信，实现远程监控、控制等功能。