セッション開始プロトコル

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セッション開始プロトコルSIPは)であるシグナリングプロトコル、開始、維持、および音声、ビデオ、およびメッセージングのアプリケーションが含まれるリアルタイムのセッションを終了するために使用します。[1] SIPは、音声およびビデオ通話用インターネット電話のアプリケーション、プライベートIP電話システム、インターネットプロトコル(IP)ネットワークを介しインスタントメッセージング、およびLTEVoLTE)を介した携帯電話通話のマルチメディア通信セッションのシグナリングと制御に使用されます。)。

プロトコルは、交換されるメッセージの特定の形式と参加者の協力のための通信のシーケンスを定義します。 SIPはテキストベースのプロトコルであり、ハイパーテキスト転送プロトコル(HTTP)とSMTP(Simple Mail Transfer Protocol)の多くの要素が組み込まれています[2] SIPで確立された通話は、複数のメディアストリーム構成されている場合がありますが、SIPメッセージのペイロードとしてデータを交換するテキストメッセージングなどのアプリケーションには、個別のストリームは必要ありません

SIPは、セッションメディアを指定して伝送する他のいくつかのプロトコルと連携して機能します。最も一般的には、メディアタイプとパラメータのネゴシエーション、およびメディアセットアップは、SIPメッセージのペイロードとして伝送されるSession Description Protocol(SDP)を使用して実行されます。 SIPは、基盤となるトランスポート層プロトコルから独立するように設計されており、ユーザーデータグラムプロトコル(UDP)、伝送制御プロトコル(TCP)、およびストリーム制御伝送プロトコル(SCTP)で使用できます。安全でないネットワークリンクを介したSIPメッセージの安全な送信のために、プロトコルはトランスポート層セキュリティで暗号化される場合があります(TLS)。メディアストリーム(音声、ビデオ)の送信には、SIPメッセージで伝送されるSDPペイロードは通常、リアルタイムトランスポートプロトコル(RTP)またはセキュアリアルタイムトランスポートプロトコル(SRTP)を使用します。

歴史

SIPは元々Mboneでのマルチキャストマルチメディアセッションの確立を容易にするために、1996年にMark HandleyHenning Schulzrinne、Eve Schooler、およびJonathanRosenbergによって設計されましプロトコルは1999年にRFC2543として標準化されました。2000年11月、SIPは3GPPシグナリングプロトコルおよびセルラーネットワークのIPベースのストリーミングマルチメディアサービス用のIPマルチメディアサブシステム(IMS)アーキテクチャの永続的な要素として受け入れられました2002年6月、仕様はRFC 3261 [3]で改訂されました  それ以来、さまざまな拡張機能と説明が公開されています。[4]

SIPは、新しいマルチメディアアプリケーションをサポートするというビジョンを持って、公衆交換電話網(PSTN)に存在する呼処理機能と機能をサポートするIPベースの通信用のシグナリングおよび呼設定プロトコルを提供するように設計されましたビデオ会議ストリーミングメディア配信、インスタントメッセージングプレゼンス情報ファイル転送インターネットFAXオンラインゲーム向けに拡張されています[1] [5] [6]

SIPは、電気通信業界ではなくインターネットコミュニティにルーツを持っているという支持者によって際立っていますSIPは、主にインターネット技術特別調査委員会(IETF)によって標準化されていますが、H.323などの他のプロトコルは、従来、国際電気通信連合(ITU)に関連付けられてきました

プロトコル操作

SIPは、メディア通信セッションのシグナリング操作にのみ関与し、主に音声通話またはビデオ通話を設定および終了するために使用されます。 SIPを使用して、2パーティ(ユニキャスト)またはマルチパーティ(マルチキャスト)セッションを確立できます。また、既存の呼び出しを変更することもできます。変更には、アドレスまたはポートの変更、より多くの参加者の招待、およびメディアストリームの追加または削除が含まれる場合があります。 SIPは、インスタントメッセージング、イベントのサブスクリプションおよび通知などのメッセージングアプリケーションにもアプリケーションを見つけました。

SIPは、メディア形式とコーディングを指定し、コールが設定されるとメディアを伝送する他のいくつかのプロトコルと連携して機能します。コールセットアップの場合、SIPメッセージの本文には、メディア形式、コーデック、およびメディア通信プロトコルを指定するSession Description Protocol(SDP)データユニットが含まれます。音声およびビデオメディアストリームは、通常、Real-time Transport Protocol(RTP)またはSecure Real-time Transport Protocol(SRTP)を使用して端末間で伝送されます。[2] [7]

ユーザーエージェント、コールルーター、ボイスメールボックスなど、SIPネットワークのすべてのリソースは、URI(Uniform Resource Identifierによって識別されます。 URIの構文は、Webサービスや電子メールでも使用される一般的な標準構文に従います[8] SIPに使用されるURIスキームはsipであり、一般的なSIP URIの形式はsip:username @ domainnameまたはsip:username @ hostportです。ここで、domainnameSIPドメインのサーバーを見つけるためにDNS SRVレコード必要としますが、hostportIPにすることができますホストとポートのアドレスまたは完全修飾ドメイン名。もしも安全な送信が必要であり、スキームsipsが使用されます。[9] [10]

SIPは、HTTP要求および応答トランザクションモデルと同様の設計要素を採用しています。[11]各トランザクションは、サーバー上の特定のメソッドまたは関数を呼び出すクライアント要求と、少なくとも1つの応答で構成されます。SIPは、HTTPのヘッダーフィールド、エンコードルール、およびステータスコードのほとんどを再利用して、読み取り可能なテキストベースの形式を提供します。

SIPは伝送制御プロトコル(TCP)、ユーザーデータグラムプロトコル(UDP)、およびストリーム制御伝送プロトコル(SCTP)を含むいくつかのトランスポート層プロトコルで伝送できます[12] [13] SIPクライアントは通常、サーバーおよびその他のエンドポイントへのSIPトラフィックポート番号5060または5061でTCPまたはUDPを使用します。ポート5060は通常、暗号化されていないシグナリングトラフィックに使用されますが、ポート5061は通常、トランスポート層セキュリティ(TLS)で暗号化されたトラフィックに使用されます

SIPベースのテレフォニーネットワークは、2つのプロトコル自体は大きく異なりますが、特別なSIPプロトコル拡張機能が存在するSignaling System 7(SS7)の呼処理機能を実装することがよくあります。SS7は集中型プロトコルであり、複雑な中央ネットワークアーキテクチャとダムエンドポイント(従来の電話ハンドセット)を特徴としています。SIPは、同等のピアのクライアントサーバープロトコルです。SIP機能は通信エンドポイントに実装されていますが、従来のSS7アーキテクチャはスイッチングセンター間でのみ使用されています。

ネットワーク要素

通信にSessionInitiation Protocolを使用するネットワーク要素は、SIPユーザーエージェントと呼ばれます。各ユーザーエージェント(UA)は、サービス機能を要求しているときユーザーエージェントクライアント(UAC)の機能を実行し、要求に応答しているときユーザーエージェントサーバー(UAS)の機能を実行します。したがって、任意の2つのSIPエンドポイントは、原則として、SIPインフラストラクチャを介さずに動作できます。ただし、ネットワーク運用上の理由、ユーザーへのパブリックサービスのプロビジョニング、およびディレクトリサービスのために、SIPはいくつかの特定のタイプのネットワークサーバー要素を定義します。これらの各サービス要素は、ユーザーエージェントのクライアントとサーバーに実装されているクライアントサーバーモデル内でも通信します。[14]

ユーザーエージェント

ユーザーエージェントは、SIPメッセージを送受信し、SIPセッションを管理する論理ネットワークエンドポイントです。ユーザーエージェントには、クライアントコンポーネントとサーバーコンポーネントがあります。ユーザーエージェントクライアント(UAC)はSIP要求を送信します。ユーザーエージェントサーバー(UAS)は要求を受信し、SIP応答を返します。クライアントとサーバーの役割を固定する他のネットワークプロトコルとは異なり、たとえばHTTPでは、Webブラウザーはクライアントとしてのみ機能し、サーバーとしては機能しませんが、SIPでは両方のピアが両方の役割を実装する必要があります。UACとUASの役割は、SIPトランザクションの期間中のみ持続します。[5]

SIP電話は、SIPユーザーエージェントのクライアントおよびサーバー機能を実装し、ダイヤル、応答、拒否、通話保留、通話転送など、電話の従来の通話機能を提供するIP電話です。[15] [16] SIP電話は、ハードウェアデバイスまたはソフトフォンとして実装できます。ベンダーがSIPを標準のテレフォニープラットフォームとしてますます実装するにつれて、ハードウェアベースとソフトウェアベースのSIP電話の区別があいまいになり、スマートフォンなどの多くのIP対応通信デバイスの基本的なファームウェア機能にSIP要素が実装されます

SIPでは、HTTPと同様に、ユーザーエージェントは、ソフトウェア、ハードウェア、または製品名のテキスト説明を含むメッセージヘッダーフィールド(User-Agentを使用して自分自身を識別できますユーザーエージェントフィールドは要求メッセージで送信されます。これは、受信側のSIPサーバーがこの情報を評価して、デバイス固有の構成または機能のアクティブ化を実行できることを意味します。SIPネットワーク要素のオペレーターは、この情報をカスタマーアカウントポータルに保存することがあり[17]、SIP互換性の問題の診断やサービスステータスの表示に役立ちます。

プロキシサーバー

プロキシサーバーは、UACおよびUASコンポーネントを備えたネットワークサーバーであり、他のネットワーク要素に代わって要求を実行する目的で仲介エンティティとして機能します。プロキシサーバーは、主にコールルーティングの役割を果たします。宛先に近い別のエンティティにSIP要求を送信します。プロキシは、ユーザーが電話をかけることを許可されているかどうかを判断するなど、ポリシーを適用する場合にも役立ちます。プロキシは、メッセージを転送する前に、要求メッセージの特定の部分を解釈し、必要に応じて書き換えます。

メッセージを複数の宛先にルーティングするSIPプロキシサーバーは、フォークプロキシと呼ばれます。SIP要求の分岐により、単一の要求から複数のダイアログが確立されます。したがって、コールは複数のSIPエンドポイントの1つから応答される場合があります。複数のダイアログを識別するために、各ダイアログには、両方のエンドポイントからの寄与を含む識別子があります。

サーバーをリダイレクトする

リダイレクトサーバーは、受信した要求に対して3xx(リダイレクト)応答生成し、クライアントにURIの代替セットに接続するように指示するユーザーエージェントサーバーですリダイレクトサーバーを使用すると、プロキシサーバーはSIPセッションの招待を外部ドメインに転送できます。

レジストラ

認証付きのSIPレジストラへのSIPユーザーエージェント登録。

レジストラは、ロケーションサービスを提供するSIPエンドポイントです。REGISTERリクエストを受け入れ、ユーザーエージェントからのアドレスとその他のパラメータを記録します。後続の要求では、ネットワーク上の可能な通信ピアを見つけるための重要な手段を提供します。位置情報サービスは、1つ以上のIPアドレスを登録エージェントのSIPURIにリンクします。複数のユーザーエージェントが同じURIに登録する場合があり、その結果、登録されているすべてのユーザーエージェントがURIへの呼び出しを受信します。

SIPレジストラは論理要素であり、多くの場合、SIPプロキシと同じ場所に配置されます。ネットワークのスケーラビリティを向上させるために、代わりに位置情報サービスをリダイレクトサーバーとともに配置することができます。

セッションボーダーコントローラー

連続したユーザーエージェントを介したセッションの確立

セッションボーダーコントローラー(SBC)は、ネットワークトポロジの非表示や、NATトラバーサルの支援など、さまざまなタイプの機能のユーザーエージェントとSIPサーバー間のミドルボックスとして機能しますSBCは独立して設計されたソリューションであり、SIPRFCには記載されていません。

ゲートウェイ

ゲートウェイを使用して、SIPネットワークをPSTNなど、さまざまなプロトコルまたはテクノロジーを使用する他のネットワークに相互接続できます。

SIPメッセージ

SIPは、HTTPと同様の構文を持つテキストベースのプロトコルです。SIPメッセージには、要求と応答の2種類があります。リクエストの最初の行には、リクエストの性質を定義するメソッドと、リクエストの送信先を示すRequest-URIがあります。[18]応答の最初の行には、応答コードがあります

リクエスト

リクエストはプロトコルの機能を開始します。これらはユーザーエージェントクライアントによってサーバーに送信され、1つ以上のSIP応答で応答されます。これは、トランザクションの結果コードを返し、通常、トランザクションの成功、失敗、またはその他の状態を示します。

SIPリクエスト
リクエスト名 説明 ノート RFCリファレンス
登録 To-headerフィールドにリストされているURIをロケーションサーバーに登録し、Contactヘッダーフィールドで指定されたネットワークアドレスに関連付けます。 このコマンドは、ロケーションサービスを実装します。 RFC  3261
招待 通話を確立するためのダイアログを開始します。要求は、ユーザーエージェントクライアントによってユーザーエージェントサーバーに送信されます。 確立されたダイアログ(再招待中に送信されると、セッションを変更します。たとえば、通話を保留にします。 RFC  3261
ACK エンティティがINVITEリクエストへの最終応答を受信したことを確認します。 RFC  3261
さよなら ダイアログの終了を通知し、通話を終了します。 このメッセージは、ダイアログのいずれかのエンドポイントから送信される場合があります。 RFC  3261
キャンセル 保留中のリクエストをキャンセルします。 通常、通話がまだ鳴っている間に、応答する前に通話を終了することを意味します。 RFC  3261
アップデート ダイアログの状態を変更せずに、セッションの状態を変更します。 RFC  3311
参照 着信者に電話転送の目的でリクエストを発行するように依頼します。 RFC  3515
PRACK 暫定的な承認。 PRACKは、暫定応答(1xx)に応答して送信されます。 RFC  3262
購読 通知機能からのイベント通知のサブスクリプションを開始します。 RFC  6665
通知 新しいイベントの通知をサブスクライバーに通知します。 RFC  6665
公開 イベントを通知サーバーに公開します。 RFC  3903
メッセージ テキストメッセージを配信します。 インスタントメッセージングアプリケーションで使用されます。 RFC  3428
情報 セッション状態を変更しないセッション中の情報を送信します。 この方法は、DTMFリレーによく使用されます。 RFC  6086
オプション エンドポイントの機能を照会します。 これは、NATキープアライブの目的でよく使用されます RFC  3261

応答

応答は、受信した要求の結果を示すユーザーエージェントサーバーによって送信されます。結果コードの数値範囲によって決定される、いくつかのクラスの応答が認識されます。[19]

  • 1xx:リクエストへの暫定応答は、リクエストが有効で処理中であることを示します。
  • 2xx:リクエストが正常に完了しました。INVITEへの応答として、呼び出しが確立されたことを示します。最も一般的なコードは200です。これは、修飾されていない成功レポートです。
  • 3xx:リクエストを完了するには、コールリダイレクトが必要です。リクエストは新しい宛先で完了する必要があります。
  • 4xx:リクエストの構文が正しくない(コード400)など、さまざまな理由でサーバーでリクエストを完了できません。
  • 5xx:サーバーは、サーバーの内部エラー(コード500)を含め、明らかに有効な要求を実行できませんでした。
  • 6xx:どのサーバーでもリクエストを実行できません。これは、宛先によるコール拒否を含むグローバル障害を示します。

トランザクション

例:User1のUACは、クライアント招待トランザクション使用して、最初のINVITE(1)メッセージを送信します。タイマー制御の待機期間後に応答が受信されない場合、UACはトランザクションを終了するか、INVITEを再送信するかを選択できます。応答を受信すると、User1はINVITEが確実に配信されたことを確信します。次に、User1のUACは応答を確認する必要があります。 ACK(2)の配信時に、トランザクションの両側が完了します。この場合、ダイアログが確立されている可能性があります。[20]

SIPは、参加者間の交換を制御し、メッセージを確実に配信するためのトランザクションメカニズムを定義します。トランザクションはセッションの状態であり、さまざまなタイマーによって制御されます。クライアントトランザクションは要求を送信し、サーバートランザクションは1つ以上の応答でそれらの要求に応答します。応答には、1xx形式の応答コードを含む暫定応答と1つまたは複数の最終応答(2xx – 6xx)が含まれる場合があります

トランザクションはさらに、「招待」タイプまたは「非招待」タイプのいずれかに分類されますInviteトランザクションは、SIPのダイアログと呼ばれる長時間の会話を確立できるという点で異なります。したがって、失敗しない最終応答(200 OKなど)の確認応答(ACK)を含めることができます。

インスタントメッセージングとプレゼンス

インスタントメッセージングおよびプレゼンスレバレッジ拡張機能セッション開始プロトコル(SIMPLE)は、インスタントメッセージングおよびプレゼンス情報のSIPベースの標準スイートですメッセージセッションリレープロトコル(MSRP)を使用すると、インスタントメッセージセッションとファイル転送が可能になります。

適合性テスト

SIP開発者コミュニティは、SIP実装の相互運用性をテストするために、SIPフォーラムが主催する会議で定期的に会合します。[21] TTCN-3でタスクフォースによって開発されたテスト仕様言語、ETSI(STF 196)は、SIP実装のための適合性テストを指定するために使用されます。[22]

パフォーマンステスト

SIPソフトウェアを開発するとき、または新しいSIPインフラストラクチャを展開するときは、サーバーとIPネットワークが特定の通話負荷(同時通話数と1秒あたりの通話数)を処理できるかどうかをテストすることが重要です。SIPパフォーマンステスターソフトウェアを使用して、SIPおよびRTPトラフィックをシミュレートし、サーバーとIPネットワークが通話負荷の下で安定しているかどうかを確認します。[23]ソフトウェアは、応答遅延、応答/捕捉率、RTPジッターパケット損失ラウンドトリップ遅延時間などのパフォーマンス指標を測定します

アプリケーション

SIP接続は、多くのインターネット電話サービスプロバイダー(ITSP)によって提供されるVoice over Internet Protocol(VoIP)サービスのマーケティング用語です。このサービスは、クライアントの構内交換機(PBX)電話システムからPSTNへの電話のルーティングを提供します。このようなサービスは、音声とデータのインターネットアクセス共有し基本速度インターフェイス(BRI)または一次速度インターフェイス(PRI)の電話回線のコストを削減することにより、企業の情報システムインフラストラクチャを簡素化する可能性があります

SIPトランキングは、PRI回線の必要性を排除しながら、音声、データ、およびインターネットトラフィックのキャリアアクセス回線を共有することにより、サービスを使用して通信インフラストラクチャを簡素化する場合に好まれる同様のマーケティング用語です。[24] [25]

SIP対応のビデオ監視カメラは、保護区域内の物体の動きなどのイベントをオペレーターに警告するための呼び出しを開始できます。

SIPは放送アプリケーションのAudio over IP使用され、さまざまなメーカーのオーディオインターフェイスが相互に接続するための相互運用可能な手段を提供します。[26]

実装

米国国立標準技術研究所(NIST)のAdvanced Networking Technologies Divisionは、標準のリファレンス実装として機能するパブリックドメインのJava実装[27]を提供していますこの実装は、プロキシサーバーまたはユーザーエージェントのシナリオで機能し、多くの商業および研究プロジェクトで使用されています。これは、RFC 3261を完全にサポートしRFC 6665(イベント通知)やRFC 3262(信頼できる暫定応答)を含む多数の拡張RFCをサポートします   

他にも多数の商用およびオープンソースのSIP実装が存在します。SIPソフトウェアのリストを参照してください

SIP-ISUPインターワーキング

SIP-I(カプセル化されたISUPを使用したセッション開始プロトコル)は、SIPおよびIPネットワークを使用してISUPに基づいて通信セッションを作成、変更、および終了するために使用されるプロトコルです。SIP-Iを使用するサービスには、音声、ビデオテレフォニー、ファックス、およびデータが含まれます。SIP-IとSIP-T [28]は、特にISUPメッセージをSIPネットワーク経由で転送できるようにするための同様の機能を備えた2つのプロトコルです。これにより、ISUPヘッダーで使用可能なすべての詳細が保持されます。[a] SIP-IはITU-Tによって定義されましたが、SIP-TはIETFによって定義されました[29]

暗号化

パブリックインターネットを介した通話のセキュリティに関する懸念は、安全な送信のためのSIPプロトコルの暗号化によって対処されています。 URIスキームSIPSは、SIP通信をトランスポート層セキュリティ(TLS)で保護することを義務付けるために使用されます。 SIPS URIは、sips:[email protected]の形式を取ります

SIPのエンドツーエンド暗号化は、通信エンドポイント間に直接接続がある場合にのみ可能です。直接接続は、ピアツーピアSIPまたはエンドポイント間のVPNを介して行うことができますが、ほとんどのSIP通信には複数のホップが含まれ、最初のホップはユーザーエージェントからユーザーエージェントのITSPへのホップです。マルチホップの場合、SIPSは最初のホップのみを保護します。残りのホップは通常TLSで保護されず、SIP通信は安全ではありません。対照的に、HTTPSプロトコルは、直接接続で行われ、ホップの概念を含まないため、エンドツーエンドのセキュリティを提供ます

SIPSシグナリングストリームとは別の接続であるメディアストリーム(オーディオとビデオ)は、SRTPを使用して暗号化できます。SRTPの鍵交換は、SDESRFC 4568)またはZRTPRFC 6189)を使用し実行されます。SDESを使用する場合、SIPSを使用しない限り、キーは安全でないSIPを介して送信されます。また、MIKEYRFC 3830)交換をSIPに追加して、SRTPで使用するセッションキーを決定することもできます。    

も参照してください

メモ

  1. ^ ISUPの詳細は重要です。過去30年間に実装されたISUPには国固有のバリエーションが多数あり、ネイティブSIPメッセージを使用して同じ詳細をすべて表現できるとは限りません。

参考文献

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外部リンク