Vorlesung Multimediakommunikation. 8. Session Initiation Protocol (SIP) Dr.-Ing. Daniel Schuster Fakultät Informatik, Professur Rechnernetze

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1 Vorlesung Multimediakommunikation 8. Session Initiation Protocol (SIP) Dr.-Ing. Daniel Schuster Fakultät Informatik, Professur Rechnernetze

2 1. Einführung - Die Vision hinter SIP Problem der Walled Gardens einzelne Provider grenzen ihre Netze gegeneinander ab viele Teilnetze mit begrenzter Anzahl Teilnehmern Metcalfe s Law: Wert eines Telekommunikations- netzes wächst quadratisch mit der Anzahl der erreichbaren Knoten Wert = Anzahl möglicher Verbindungen SIP-Vision: jegliche Form von MMK über IP ermöglichen eine gemeinsame Basis für IP-basierte Telekommunikation modulares, erweiterbares Konzept offener Standardisierungsprozess (IETF) Gateways in andere Netze (z.b. PSTN, H.323) 8. 2

3 Was ist SIP? SIP is an agile, general-purpose tool for creating, modifying, and terminating sessions that works independently of underlying transport protocols and without dependency on the type of session that is being established. (Quelle: RFC 3261) Session Initiation Session = Datenaustausch in einem Verbund von Teilnehmern Probleme: Teilnehmermobilität; unter mehreren Namen erreichbar; kommunizieren mit verschiedenen Medien Funktionen von SIP Lokalisierung von Teilnehmern, bzw. des Endgerätes, das sie zur Kommunikation benutzen wollen Anzeige der Verfügbarkeit (Presence) von Teilnehmern Aushandlung von Parametern, z.b. welche Audio-/Videocodecs für die Kommunikation verwendet werden sollen Aufbau einer Session Management einer Session, z.b. Rufweiterleitung und Abbau von Sessions 8. 3

4 Aufbau des s Signaling / Conference Control AV-Streaming MESSAGE RFC 3428 NOTIFY RFC 3265 REFER RFC 3515 UPDATE RFC 3311 INFO RFC Audio Codecs G.7xx Video Codecs H.26x Buffering and Synchronisation SIP Core + SDP RFC 3261, RFC RFC RTP / RTCP TCP UDP IP 8. 4

5 Grundprinzip der SIP-Kommunikation Client (UAC) Client (UAC) Server (UAS) Server (UAS) Client (UAC) Status Status fertig Server (UAS) 8. 5

6 Requests im SIP Core REGISTER Nutzer-ID und aktuelle IP-Adresse registrieren à Lokalisierung INVITE wichtigster Request à Aufbau einer Session Aushandlung der Session-Parameter ACK Session-Aufbau bestätigen (2-Wege-Handshake) wird als einziger Request nicht beantwortet BYE Session beenden CANCEL einen Request abbrechen OPTIONS unterstützte Features abfragen (à Erweiterbarkeit) 8. 6

7 Antworten / Responses Status fertig 1xx Status-Antwort 100 Trying Request wurde empfangen und wird bearbeitet 180 Ringing INVITE empfangen, Nutzer wird benachrichtigt 2xx erfolgreiche Bearbeitung 200 OK Request wurde erfolgreich bearbeitet 3xx Umleitung 301 Moved Permanently Nutzer hat jetzt andere Adresse 302 Moved Temporarily neue Adresse nur vorübergehend 4xx Client-Fehler 400 Bad Request Fehler im Request 401 Unauthorized Nutzer muss sich authentisieren 403 Forbidden Request nicht erlaubt 5xx Server-Fehler 501 Not Implemented Funktion nicht unterstützt 503 Service Unavailable Server gerade nicht verfügbar 6xx Globale Fehler 8. 7

8 Komponenten PSTN / ISDN H.323 UA UA UA Gateway UA UA UA Redirect Server UA Registrar and Presence Server MCU Proxy and PBX Proxy Registrar MCU UA (Terminal) PBX Telefonanlage/Private Branch Exchange (z.b. Asterisk) Proxy Weiterleitung von SIP-Nachrichten in andere Teilnetze Registrar Verzeichnis für Abbildung von Namen auf Adressen Redirect Server Umleitung von Requests Presence Server zeigt Verfügbarkeit von Teilnehmern an Gateway - Übergang in andere Netze (z.b. H.323) MCU Multipoint Control Unit (Medienserver) 8. 8

9 Komponenten im Detail Proxy Server INVITE 180 Ringing 200 OK Proxy UA ACK UA ACK UA UA Redirect Server Registrar Redirect Server Registrar UA INVITE UA UA Location Service 8. 9

10 Zusammenspiel mit anderen Protokollen Teilnehmer- Adressen DNS LDAP Proxy-Adressen Signalisierung SIP TRIP Gateway- Adressen Signalisierung SIP SDP Medientransport RTP Medientransport RTP SDP Transportschicht TCP UDP Transportschicht TCP UDP LDAP..Lighweight Directory Access Protocol Abfrage von Verzeichnisdiensten (hier: Location Server) TRIP..Telephony Routing over IP Austausch von Routing-Informationen (hier: Gateway-Adressen) SDP..Session Description Protocol Beschreibung der Medienformate der RTP-Session 8. 10

11 2. Adressierung und Lokalisierung angestrebte Formen der Mobilität persönliche Mobilität Nutzer ist immer unter der gleichen Adresse erreichbar, egal wo er sich befindet durch Registrar Server realisiert Endgerätemobilität SIP-Endgeräte sollen frei beweglich sein (z.b. Handys) Wechsel der IP-Adresse und kurzzeitiger Ausfall der IP- Verbindung werden toleriert Session-Mobilität laufende Session kann auf ein anderes Endgerät transferiert werden Dienstemobilität Nutzer kann jederzeit und überall die auf ihn zugeschnittenen Dienste in Anspruch nehmen 8. 11

12 SIP-URI URI-Schema sips: sichere Verbindung Lokaler Benutzername, z.b. alice Domain-Name, z.b. a.de Zweck: eindeutige Identifikation von Benutzern oder Diensten Nutzer: o kann -Adresse entsprechen Dienst: Telefonnummern können als Tel-URIs (RFC 2806) auch als Zieladresse in SIP verwendet werden tel:

13 Lokalisierung von Nutzern mit SIP-URI DNS SRV-Record sip:b.de proxy.b.de A-Record proxy.b.de sip:b.de? 1. proxy.b.de Registrar LDAP, SQL,... Domain b.de 2. REGISTER 200 OK Proxy Location Server 7. INVITE proxy.b.de

14 DNS-Registrierung (Schritt 1) DNS (Domain Name System) SRV (Service) Resource Records welche Dienste werden in einer Domain angeboten? Service = Dienst + Protokoll + Domain Nutzung in SIP Adressen von SIP Proxies à können auf andere Domain zeigen mehrere physische SIP Proxies für einen logischen Proxy möglich o sip:a.de à sip1.a.de, sip2.a.de ein physischer SIP Proxy für mehrere logische Proxies möglich o sip:a.de, sip:b.de à sip.iptel.org _sip._tcp.b.de. SRV proxy.b.de. SRV backup-proxy.b.de. _sip._udp.b.de. SRV proxy.b.de. SRV backup-proxy.b.de

15 SIP-Registrierung (Schritte 2 und 3) mit REGISTER-Request erfordert meist Authentisierung Registrar verwaltet Kontaktadresse arbeitet mit Proxy in gleicher Domäne zusammen nach Ablauf der Zeitspanne neu registrieren Beispiel: Adresse des Registrars für die Domain b.de Adresseintrag, der erzeugt werden soll REGISTER sip:registrar.b.de SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP :5060;branch=z9hG4bKnashds7 Max-Forwards: 70 To: Bob <sip:bob@b.de> From: Bob <sip:bob@b.de>;tag= Call-ID: @998sdasdh09 CSeq: 1826 REGISTER Contact: <sip:bob@ > Expires: 7200 Content-Length: 0 Adresse der verantwortlichen Person gemeinsame ID für alle Registrierungen des Clients Adress Binding momentan IP

16 Adressauflösung mit DNS (Schritte 4-7) DNS proxy.b.de SIP-Proxy für b.de mit SRV-Query ermitteln IP-Adresse des Proxies mit A- Query ermitteln Proxy B ermittelt IP von Bob über Location Service (nicht DNS) 8. 16

17 3. Arbeitsweise des Protokolls Szenario 1: Peer-to-Peer Redirect Server beide UAs in je einem Subnetz über Internet per IP-Adresse erreichbar direkter Verbindungsaufbau zwischen SIP-UAs Ermittlung der IP-Adresse über Redirect Server direkte RTP-Session zur Medienübertragung Internet

18 Ablauf Peer-to-Peer-Szenario kontaktiert IP-Adressen und Portnummern sind bekannt Klingelton klingeln kein Verhandlungsbedarf für RTP- Session Bob beendet die Session (legt auf) RTP Session mit der SIP-Session wird auch die RTP- Session beendet 8. 18

19 Transaktionen und Dialoge RTP Session Transaktion 1 Transaktion 2 Dialog 1 Transaktion = SIP- Request und zugehörige Antworten (Responses) Abschluss mit Antwort >=200 (meist 200 OK) ACK ist keine Transaktion à erfordert keine Antwort Dialog = Kommunikationsbeziehung zwischen zwei s 8. 19

20 Szenario 2: Proxy a.de b.de Proxy Internet Proxy User Agent Registrar REGISTER User Agent RTP Session wie Szenario 1, jedoch je ein Proxy in beiden Domänen (SIP-Trapez) Bob registriert sich nur bei seinem zuständigen Registrar Alice kann direkt SIP-Adresse von Bob verwenden IP-Adresse von Bob wird erst in der Zieldomäne ermittelt direkte RTP-Session (IP und Port in Antwort auf INVITE) 8. 20

21 Ablauf Proxy-Szenario proxy.a.de proxy.b.de klingeln Klingelton RTP Session 8. 21

22 Proxy Routing Aufzeichnung von Routen Response auf gleichem Weg UA1 Proxy1 Proxy2 UA2 INVITE Via:UA1 INVITE Via:Proxy1,UA1 INVITE Via:Proxy2,Proxy1,UA1 200 OK Via:UA1 200 OK Via:Proxy1,UA1 Folge-Request direkt: oder mit Record Routing (optional): UA1 Proxy UA2 UA1 Proxy UA

23 Bearbeitung von Transaktionen mit Proxies Client (UAC) CT Stateless Proxy Forwarder CT Client (UAC) Server (UAS) ST ST ST Server (UAS) Client (UAC) CT ST Stateful Proxy CT CT Client (UAC) Server (UAS) CT ST Server (UAS) CT Client Transaction ST Server Transaction 8. 23

24 Dialoge über Proxies Call - Einladung eines Clients (INVITE) Dialog - Austausch von SIP-Nachrichten zwischen zwei s Session - Austausch von Medien Dialog 1 zwischen zwei Endpunkten Call kann mehrere Dialoge enthalten aus Dialog entsteht meist eine Session Request Call-ID=1 Stateful Proxy CT ST Client (UAC) Server (UAS) CT ST Client (UAC) Server (UAS) Response tag=3456 Dialog 2 CT ST Client (UAC) Server (UAS) 8. 24

25 Dialog: Struktur Dialog-ID Call-ID, Local Tag, Remote Tag à eindeutige Identifikation Zustand early bislang nur 1xx-Responses verschickt/empfangen final mindestens eine Transaktion hat schon 2xx-Nachricht verschickt/empfangen Sequenznummern aktuelle CSeq lokal à nächste erwartete Antwort aktuelle CSeq remote à nächster erwarteter Request Route Set Liste der Hops, über die die Requests und Responses im Dialog geroutet werden sollen 8. 25

26 Szenario 3: SIP à Telefonnetz TRIP Location Server Location Server User Agent Proxy INVITE SIP H.248 MG Anruf eines Telefons von einem SIP UA aus Telefonnummer wird als tel-uri angegeben SIP Proxy ermittelt über Location Server die SIP URI des zuständigen Gateways Abgleich über TRIP Telephony Routing over IP SIP-Gateway steuert Media Gateway über H.248 RTP Session wird zu Media Gateway aufgebaut dort Umwandlung in Telefonverbindung IP

27 Szenario 4: Telefonnetz à SIP Service Control Point (SCP) Vermittlungsstelle e164.arpa ENUM-Datenbank (DNS) H.248 SIP INVITE herkömmliches Festnetz-Telefon möchte SIP UA anrufen SIP UA hat seine Telefonnummer per ENUM einer SIP-URI zugeordnet (siehe Kapitel Internettelefonie) alternativ: ganzer Telefonnummernbereich wird Gateway zugeordnet über Service Control Point wird die SIP-Adresse (und damit das zuständige Gateway) ermittelt Gateway baut Verbindung zu Ziel-UA auf 8. 27

28 4. Nachrichtenaufbau Textformat - an HTTP 1.1 angelehnt Requests Kopfzeile: SIP-Methode (INVITE, ACK, ), URI und SIP-Version Header-Zeilen (z.b. To, From, Via, ) Body (z.b. SDP-Inhalt) INVITE sip:bob@b.de SIP/2.0 To: sip:bob@b.de From: sip:alice@a.de Call-ID: c=in IP t=0 0 m=audio 6006 RTP/AVP Responses Kopfzeile: SIP- Versionsnummer, Statuscode, Statusmeldung Header-Zeilen und Body wie bei Request SIP/ OK To: sip:bob@b.de From: sip:alice@a.de Call-ID: c=in IP t=0 0 m=audio 6006 RTP/AVP

29 INVITE - Request Methode, URI, Protokollversion in erster Zeile Routing- Informationen Empfänger Absender (Tag für Identifikation des Dialogs) Sequenznummer des Requests im SIP-Dialog INVITE sip:bob@b.de SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP sip.b.de;branch=z9hg4bknashds8 Via: SIP/2.0/UDP sip.a.de;branch=z9hg4bk77ef4c2 Via: SIP/2.0/UDP pc3.a.de;branch=z9hg4bk776asdh Max-Forwards: 70 To: Bob <sip:bob@b.de> From: Alice <sip:alice@a.de>;tag=101 Call-ID: 123@pc3.a.de CSeq: INVITE Contact: <sip:alice@pc3.a.de> Content-Type: application/sdp Content-Length: 142 <SDP-Inhalt> Body enthält Beschreibung im SDP-Format weltweit eindeutiger Identifier für den Call direkte Adresse des Initiators häufig IP-Adresse 8. 29

30 Wichtigste Header (1) From: Alice From Auftraggeber (Initiator) des Requests logische SIP-Adresse à wird für Verarbeitung benötigt tag identifiziert den SIP-Dialog To: Bob To Empfänger des Request (z.b. INVITE) oder Ressource, die geändert werden soll (z.b. REGISTER) enthält optional Display Name ( Bob ) Empfänger muss Tag anhängen o To: Bob <sip:bob@b.de>;tag=322 à für Dialog-ID Call-ID: 123@pc3.a.de Call-ID Identifikator für den Call à beginnt mit INVITE, enthält ein oder mehrere Dialoge auch für REGISTER genutzt 8. 30

31 Wichtigste Header (2) CSeq CSeq: INVITE Requests innerhalb des Dialogs identifizieren und ordnen bei Wiederholung wegen Fehler gleiche CSeq verwenden Max-Forwards Max-Forwards: 70 unbeabsichtigte Schleifen bei Weiterleitung entdecken initial auf 70 gesetzt jeder Hop zieht 1 ab bei 0 à Nachricht verwerfen Via Via: SIP/2.0/UDP sip.b.de;branch=z9hg4bknashds8 wie wurde die Nachricht transportiert? auf dem gleichen Weg soll die Response transportiert werden Request: jeder Hop fügt sich selbst oben an Response: jeder Hop entfernt sich selbst aus der Liste und sendet an nächsten Empfänger branch-tag kennzeichnet Transaktion (seit SIP 2.0) 8. 31

32 Beispiel: INVITE proxy.b.de à Bob INVITE SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP proxy.b.de;branch=z9hg4bk4b43c2ff8.1 Via: SIP/2.0/UDP proxy.a.de;branch=z9hg4bk77ef4c ;received= Via: SIP/2.0/UDP pc33.a.de;branch=z9hg4bknashds8 ;received= Max-Forwards: 68 To: Bob From: Alice Call-ID: a84b4c76e66710 CSeq: INVITE Contact: Content-Type: application/sdp Content-Length: 142 (Alice's SDP not shown) 8. 32

33 Beispiel: 200 OK Bob à proxy.b.de SIP/ OK Via: SIP/2.0/UDP proxy.b.de;branch=z9hg4bk4b43c2ff8.1 ;received= Via: SIP/2.0/UDP proxy.a.de;branch=z9hg4bk77ef4c ;received= Via: SIP/2.0/UDP pc33.a.de;branch=z9hg4bknashds8 ;received= To: Bob From: Alice Call-ID: a84b4c76e66710 CSeq: INVITE Contact: Content-Type: application/sdp Content-Length: 131 (Bob's SDP not shown) 8. 33

34 SDP Session Description Protocol SDP Session Description Protocol (RFC 4566) kein Protokoll, sondern Beschreibungsformat neben SIP auch von RTSP und anderen Protokollen genutzt Text-basierte Codierung Zeilen mit key=value Informationen zu Medien und Transport Medientyp (Audio, Video) Transportprotokoll (RTP/UDP/IP, ), IP-Adresse und Port Medienformat (H.261, G.711, ) v= (Protokoll-Version) o= (Initiator der Session) c=* (Informationen zur Verbindung) Session- Bereich (einmal) m= (Medienname) c=* (Informationen zur Verbindung) a=* (weitere Medien-Attribute) Medienbereich (mehrfach) 8. 34

35 SDP - Beispiel Alice macht ein Angebot für Session 1234 (mit Zeitstempel), ihre Internet (IN) IPv4- Adresse ist angegeben Art der Verbindung: Internet, IPv4 v=0 o=alice IN IP c=in IP m=audio RTP/AVP 97 a=rtpmap:97 ilbc/16000 m=video RTP/AVP 31 RTP-Audiostrom auf Port mit RTP- Payload-Typ 97 (dynamisch) RTP-Typ 97 wird für diese Session mit ilbc-codec bei 16 khz belegt RTP-Videostrom auf Port mit RTP- Payload-Typ 31 (statisch) entspricht H

36 Aushandlung der Medienparameter - Beispiel INVITE sip:bob@b.de SIP/2.0 To: Bob <sip:bob@b.de> From: Alice <sip:alice@a.de> Call-ID: 12345@a.de CSeq: 3 INVITE Content-Type: application/sdp v=0 o=user IN IP4 r3.a.de c=in IP4 r3.a.de m=audio 3456 RTP/AVP 0 1 m=video 4000 RTP/AVP SIP/ OK To: Bob <sip:bob@b.de> From: Alice <sip:alice@a.de> Call-ID: 12345@a.de CSeq: 3 INVITE Content-Type: application/sdp v=0 o=user IN IP4 r1.b.de c=in IP4 r1.b.de m=audio 1200 RTP/AVP 1 m=video 0 RTP/AVP Alice sendet INVITE-Request an Bob enthält SDP-Beschreibung mit RTP-Kanälen für Audio und Video Bob akzeptiert die Audioübertragung, lehnt Video aber ab nur Audioverbindung kommt zustande à mehr dazu in Kapitel SIP-Erweiterungen (Offer/Answer-Modell) 8. 36

37 Mehrere Medien über eine RTP-Session v=0 o=bob IN IP4 biloxi.example.com s= c=in IP4 biloxi.example.com t=0 0 a=group:bundle foo bar m=audio RTP/AVP 0 b=as:200 a=mid:foo a=rtpmap:0 PCMU/8000 a=extmap 1 urn:ietf:params:rtp-hdrext:sdes:mid m=video RTP/AVP 32 b=as:1000 a=mid:bar a=rtpmap:32 MPV/90000 a=extmap 1 urn:ietf:params:rtp-hdrext:sdes:mid basiert auf SIP Media Grouping (RFC 3388) über BUNDLE- Attribut werden Medien-Gruppen definiert teilen sich Bandbreite (b=) erfordert RTP- Header- Erweiterung (extmap) 8. 37

38 5. Programmierung mit SIP - JAIN SIP API JAIN SIP ist eine Java-Spezifikation für SIP JSR unterstützte RFCs: RFC 3261 (SIP Core) dieses Kapitel RFC 3265 (SUBSCRIBE NOTIFY) RFC 3262 (PRACK) RFC 3903 (PUBLISH) RFC 2806 (Tel URL) RFC 3515 (REFER) kommt zum Einsatz in: SIP s SIP Proxies Applets und Servlets 8. 38

39 JAIN SIP - Struktur SIP Stack Dialog Dialog SIP- Anwendung SIP Provider Transaction Transaction Transaction Req Res Req Res Req Res Encoder Parser Transportschicht 8. 39

40 JAIN SIP API - Beispiel SipURI requesturi = addressfactory.createsipuri(touser, tosipaddress); // Create other headers Request request = messagefactory.createrequest(requesturi, Request.INVITE, callidheader, cseqheader, fromheader, toheader, viaheaders, maxforwards); // Create the client transaction ClientTransaction invitetid = sipprovider.getnewclienttransaction(request); // send the request invitetid.sendrequest(); 8. 40

41 Zusammenfassung Signaling / Conference Control AV-Streaming MESSAGE RFC 3428 NOTIFY RFC 3265 REFER RFC 3515 UPDATE RFC 3311 INFO RFC Audio Codecs G.7xx Video Codecs H.26x Buffering and Synchronisation SIP Core + SDP RFC 3261, RFC RFC RTP / RTCP TCP UDP IP 8. 41

42 Navigator 1. Einführung 2. XMPP 3. XMPP-Erweiterungen 4. Codierung und Transport 5. Internettelefonie 6. Videokonferenzen 7. Streaming 8. SIP 9. SIP-Erweiterungen 10.Data Sharing 11.Shared Editing 12.WebRTC 8. 42

43 Literatur J. Rosenberg, H. Schulzrinne, G. Camarillo, A. Johnston, J. Peterson, R. Sparks, M. Handley, E. Schooler, SIP: Session Initiation Protocol, RFC 3261, IETF Network Working Group, Henry Sinnreich, Alan B. Johnston: Internet Communications Using SIP, Wiley Publishing, Scott Firestone, Thiya Ramalingam, Steve Fry, Voice and Video Conferencing Fundamentals (Kapitel 5 Conferencing Using SIP), Cisco Press, Stephan Rupp, Gerd Siegmund, Wolfgang Lautenschlager: SIP Multimediale Dienste im Internet, dpunkt.verlag, J. Rosenberg, A Hitchhiker's Guide to the Session Initiation Protocol (SIP), draft-ietf-sip-hitchhikers-guide-06, IETF SIP Working Group, Jiri Kuthan, Dorgham Sisalem, SIP: More Than You Ever Wanted to Know About, Henning Schulzrinne, Informationsseiten zu SIP - sip/ 8. 43