Doubango voip 框架分析之tinysip 協(xié)議棧

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Doubango voip 框架分析之tinysip 協(xié)議棧

 

1. tinysip 介紹 ：

 

兼容性 ： SIP (RFC 3261) 以及 3GPP IMS/LTE (TS 24.229) implementation

 

依賴 tinySAK, tinyNET, tinySDP, tinyMEDIA, tinyHTTP and tinyIPSec.

 

 

2. SIP 協(xié)議 - tinysip 的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

 

SIP 是一個(gè)分層結(jié)構(gòu)的協(xié)議，這意味著它的行為是根據(jù)一組平等獨(dú)立的處理階段來描述，每一階段之間只是松耦合。協(xié)議分層描述是為了表達(dá)，從而允許功能的描述可在一個(gè)部分跨越幾個(gè)元素。它不指定任何方式的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)我們說某元素包含某層，我們是指它順從該層定義的規(guī)則集。

 不是協(xié)議規(guī)定的每個(gè)元素都包含各層。而且，由SIP 規(guī)定的元素是邏輯元素，不是物理元素。一個(gè)物理實(shí)現(xiàn)可以選擇作為不同的邏輯元素，甚至可能在一個(gè)個(gè)事務(wù)的基礎(chǔ)上。

 SIP 的最底層是語法和編碼。它的編碼使用增強(qiáng)Backus-Nayr 形式語法（BNF ）來規(guī)定。

 第二層是傳輸層。它定義了網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)客戶機(jī)如何發(fā)送請(qǐng)求和接收響應(yīng)以及一個(gè)服務(wù)器如何接收請(qǐng)求和發(fā)送響應(yīng)。所有的SIP 元素包含傳輸層。

 

第三層是事務(wù)層。事務(wù)是SIP 的基本元素。一個(gè)事務(wù)是由客戶機(jī)事務(wù)發(fā)送給服務(wù)器事務(wù)的請(qǐng)求（使用傳輸層），以及對(duì)應(yīng)該請(qǐng)求的從服務(wù)器事務(wù)發(fā)送回客戶機(jī)的所有響應(yīng)組成。事務(wù)層處理應(yīng)用層重傳，匹配響應(yīng)到請(qǐng)求，以及應(yīng)用層超時(shí)。任何用戶代理客戶機(jī)（UAC ）完成的任務(wù)使用一組事務(wù)產(chǎn)生。用戶代理包含一個(gè)事務(wù)層，有狀態(tài)的代理也有。無狀態(tài)的代理不包含事務(wù)層。事務(wù)層具有客戶機(jī)組成部分（稱為客戶機(jī)事務(wù)）和服務(wù)器組成部分（稱為服務(wù)器事務(wù)），每個(gè)代表有限的狀態(tài)機(jī)，它被構(gòu)造來處理特定的請(qǐng)求。

 事務(wù)層之上的層稱為事務(wù)用戶（TU ）。每個(gè)SIP 實(shí)體，除了無狀態(tài)代理，都是事務(wù)用戶。當(dāng)一個(gè)TU 希望發(fā)送請(qǐng)求，它生成一個(gè)客戶機(jī)事務(wù)實(shí)例并且向它傳遞請(qǐng)求和IP 地址，端口，和用來發(fā)送請(qǐng)求的傳輸機(jī)制。一個(gè)TU 生成客戶機(jī)事務(wù)也能夠刪除它。當(dāng)客戶機(jī)取消一個(gè)事務(wù)時(shí)，它請(qǐng)求服務(wù)器停止進(jìn)一步的處理，將狀態(tài)恢復(fù)到事務(wù)初始化之前，并且生成特定的錯(cuò)誤響應(yīng)到該事務(wù)。這由CANCEL 請(qǐng)求完成，它構(gòu)成自己的事務(wù)，但涉及要取消的事務(wù)。

 SIP 通過EMAIL 形式的地址來標(biāo)明用戶地址。每一用戶通過一等級(jí)化的URL 來標(biāo)識(shí)，它通過諸如用戶電話號(hào)碼或主機(jī)名等元素來構(gòu)造（例如：SIP:vision-com.com ）。因?yàn)樗�與EMAIL 地址的相似性，SIP URLs 容易與用戶的EMAIL 地址關(guān)聯(lián)。

 SIP 提供它自己的可靠性機(jī)制從而獨(dú)立于分組層，并且只需不可靠的數(shù)據(jù)包服務(wù)即可。SIP 可典型地用于UDP 或TCP 之上。

 

Register,Invite, Options …

 Nat Tranversal

 Dialog Layer

 Transaction Layer

 Parsing Layer

 Transport Layer

 sip 協(xié)議棧分層結(jié)構(gòu)圖

 根據(jù)sip 消息流向可以分為incoming message 和outgoing message, incoming 消息從 下到上，即Transport Layer → Register,Invite, Options; outgoing message 消息流向與此相反。

 

3 . 根據(jù)以上定義,tinysip 分如下模塊：

 

1).api 外部接口，對(duì)sip 協(xié)議支持的方法的接口封裝，協(xié)議棧提供的發(fā)起請(qǐng)求及接受請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的接口, 包括 registar layer, presence layer 等上層應(yīng)用，當(dāng)前版本支持如下請(qǐng)求：

 REGISTER ，SUBSCRIBE( 訂閱),MESSAGE( 即時(shí)通信),PUBLISH （狀態(tài)展示）,OPTIONS （查詢服務(wù)器能力），INVITE （發(fā)起請(qǐng)求），Cancel （取消一個(gè)請(qǐng)求），

BYE （結(jié)束通話）。

 2). Nat traversal ：Nat 穿越層,tinysip 目前支持stun ，turn 穿透。

 3).Dialog ， 會(huì)話模塊，一路呼叫的唯一標(biāo)識(shí), 處于sip 事務(wù)層之上。

4).parsers ，sip 消息解析，處于 sip 語法層，解析從傳輸層傳遞的數(shù)據(jù)包為協(xié)議棧理解的結(jié)構(gòu)。

 5). transactions ， 事務(wù)層，事務(wù)是一個(gè)請(qǐng)求以及與此請(qǐng)求相關(guān)的所有響應(yīng)組成，用 transaction id 唯一標(biāo)識(shí)，由于sip 信令一般由udp 承載，所以不能保證信息的可靠到達(dá)，所以事務(wù)層必須提供一種機(jī)制處理udp 所不能提供的功能，這里一般通過定時(shí)器及一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

 6). transports , 傳輸層，即 udp , TCP, TLS, SCTP socket 系統(tǒng)調(diào)用系列，此層隱藏了所有傳輸層的細(xì)節(jié)，對(duì)于incoming sip message ， 此層為sip 消息的入口, 對(duì)于outgoing sip message, 此層為sip 消息的出口。

 4. doubango sip 協(xié)議棧使用流程：

 

1 ）. 初始化

 doubango sip 協(xié)議棧依賴于tinyNET 模塊，所以必須先調(diào)用tnet_startup 函數(shù)初始化，退出時(shí)調(diào)用tnet_cleanup 清除資源，初始化sip

 協(xié)議棧之前必須設(shè)置用戶的域(realm 參見（1 ）) 及用戶的私有（IMPI （2 ））及共有標(biāo)別（IMPU （3 ））, 這些為ims 引入的概念。

 (1) realm 解釋：reaml 為域名，用來作客戶端認(rèn)證用（authenticate ）. 必須是一個(gè)有效的 sip uri 如：sip:vision-com.com.cn ，realm 為sip 協(xié)議棧啟動(dòng)之前必須設(shè)置的選項(xiàng)，一旦協(xié)議棧啟動(dòng)realm 就不可以更改，如果不填寫sip 代理服務(wù)器地址，則系統(tǒng)會(huì)用realm 通過 dns NAPTR + SRV 或者DHCP ( 還沒實(shí)現(xiàn)) 動(dòng)態(tài) 查找機(jī)制確定sip 服務(wù)器地址。

 (2) 用戶私有標(biāo)識(shí)，為用戶所屬網(wǎng)絡(luò)賦予的唯一值，用來做驗(yàn)證，為IMS 中的概念，如果用doubango sip 協(xié)議棧作為普通sip 功能，即非IMS 網(wǎng)絡(luò)中的sip 功能，此處的impi 意義與sip 協(xié)議棧中的驗(yàn)證域名相同。

 （3 ）用戶公有標(biāo)識(shí)，ims 網(wǎng)絡(luò)中 一個(gè)impi 可以對(duì)應(yīng)多個(gè)impu. 對(duì)比理解，比如我們的手機(jī)只能屬于一個(gè)地方，而當(dāng)我們到不同外地后會(huì)有漫游，此處的impi 即是我們手機(jī)本地給的唯一標(biāo)識(shí)，而impu 是手機(jī)到外地后，當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)給的一個(gè)標(biāo)識(shí)。

 

2 ）. 創(chuàng)建以及啟動(dòng)

通過調(diào)用 tsip_stack_create 創(chuàng)建協(xié)議棧， 調(diào)用tsip_stack_start 啟動(dòng)，

 完整例子：

 tsip_stack_handle_t *stack = tsk_null;

 int ret;

 const char* realm_uri = "sip:vision-com.com.cn";

 const char* impi_uri = "lideping@vision-com.com.cn";

 const char* impu_uri = "sip:bob@vision-com.com.cn";

  // ... 必須先初始化tnet 工具

 tnet_startup();

 // ...

 // 創(chuàng)建協(xié)議棧，指定回調(diào)函數(shù)，參數(shù)為域名，公有及私有標(biāo)識(shí)。

 stack = tsip_stack_create(sip_callback, realm_uri, impi_uri, impu_uri,

 TSIP_STACK_SET_PASSWORD("yourpassword"),

 // ...other macros...

 // 此處初始化 其他信息，比如代理服務(wù)器地址，編碼信息等。

 tsip_stack_start(stack) // 啟動(dòng)協(xié)議棧

 TSIP_STACK_SET_NULL()); // 用來終止傳給app_callback 的參數(shù)。

 TSK_OBJECT_SAFE_FREE(stack);

tnet_cleanup();

 // 釋放資源

 // 事件回調(diào)

 int sip_callback(const tsip_event_t *sipevent)

 {

 // 事件類型

 switch(sipevent->type){

 case tsip_event_register:

 { /* REGISTER */

 break;

 }

 case tsip_event_invite:

 { /* INVITE */

 break

 }

 case tsip_event_message:

 { /* MESSAGE */

 break

 }

 case tsip_event_publish:

 { /* PUBLISH */

 break

 }

case tsip_event_subscribe:

 { /* SUBSCRIBE */

 break

 }

 case tsip_event_options:

 { /* OPTIONS */

 break

 }

 case tsip_event_dialog:

 { /* Common to all dialogs */

 break

 }

 /* case …*/

 }

 

 3 ）. 代碼分析

 首先調(diào)用tsip_stack_create 創(chuàng)建協(xié)議棧 ，tsip_stack_create 內(nèi)部首先檢查參數(shù)是否合法，然后創(chuàng)建協(xié)議棧結(jié)構(gòu)tsip_stack_t ，設(shè)置realm, IMPI and IMPU ，初始化一些協(xié)議棧默認(rèn)值。創(chuàng)建 SigComp 信令壓縮模塊（可選） 創(chuàng)建dns 處理模寬，DHCP context ，接下來創(chuàng)建上面提到的sip 協(xié)議棧各層，分別調(diào)用tsip_dialog_layer_create ，tsip_transac_layer_create,tsip_transport_layer_create 創(chuàng)建會(huì)話層，事務(wù)層及傳輸層。至此，創(chuàng)建協(xié)議棧畢。

 在真正啟動(dòng)協(xié)議棧之前，即 tsip_stack_create 與tsip_stack_start 之間 可調(diào)用協(xié)議棧提供的api 初始化其他參數(shù)， 然后調(diào)用tsip_stack_start 啟動(dòng)協(xié)議棧，首先啟動(dòng)定時(shí)器線程，這里定時(shí)器主要在事務(wù)層提供狀態(tài)機(jī)功調(diào)度功能。然后設(shè)置傳輸層類型，設(shè)置是否用ipsec 把sip 信令加密， 然后如果協(xié)議棧是處于客戶端模式并且代理服務(wù)器地址沒有設(shè)置則用認(rèn)證的域名查找代理服務(wù)器的地址（用S NAPTR+SRV), 然后設(shè)置Runnable 回調(diào)，啟動(dòng)run 線程，run 內(nèi)部不斷從消息隊(duì)列里取消息，這里的消息是從傳輸層從下到上傳送過來，最終串聯(lián)到消息隊(duì)列，然后調(diào)用協(xié)議棧創(chuàng)建時(shí)指定的回調(diào)sip_callback ，所有incoming sip 消息以及媒體信息的改變最終都會(huì)走到此回調(diào)函數(shù)，此函數(shù)內(nèi)部根據(jù)消息類型的不同調(diào)用相應(yīng)的handler ， 接下來啟動(dòng)nat 穿越模塊，設(shè)置stun 地址。然后調(diào)用tsip_transport_layer_start 啟動(dòng)傳輸層線程，在sip 端口5060 接收數(shù)據(jù)，最后，設(shè)置stack->started = tsk_true; 至此協(xié)議棧啟動(dòng)完畢，各層在相應(yīng)端口或狀態(tài)機(jī)上監(jiān)聽，不斷輪詢到來的事件并處理。

 

驅(qū)動(dòng)過程：

協(xié)議棧啟動(dòng)完畢后，對(duì)于每一個(gè)incoming 及outgoing 消息的 入口是不一樣的，下面分別分析對(duì)于呼入請(qǐng)求(incoming) 及外乎請(qǐng)求(outgoing) 的代碼流程。

 a. 呼入請(qǐng)求

 1 ）客戶端傳輸層在5060 端口上接收到udp 包，語法層解析成識(shí)別的sip 消息后傳給事務(wù)層。

2 ）事務(wù)層鎖住本地事務(wù)鏈表，根據(jù)sip 消息的 事務(wù)id 在事務(wù)鏈查找是否存在匹配的事務(wù)，沒有則創(chuàng)建。

3 ）一旦找到事務(wù)或創(chuàng)建新事務(wù)完畢，釋放鎖并把消息傳遞到會(huì)話層。

 4 ）會(huì)話層收到sip 消息后查找會(huì)話鏈，找不到則創(chuàng)建會(huì)話，同時(shí)根據(jù)消息類型（invite, ack 等）設(shè)置此消息的狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)機(jī)內(nèi)指定具體事件的回調(diào)。

 b. 呼出請(qǐng)求

 ........

  外部編程接口

 為了在android 上層通過java 訪問doubango 核心，imsdroid 對(duì)doubango voip 框架做了面向?qū)ο蠓庋b，根據(jù)具體模塊功能抽象成具體Java 類供應(yīng)用層使用，應(yīng)用層通過jni 訪問doubango 核心，同時(shí)，在imsdroid 2.0 版本中，根據(jù)android 上應(yīng)用層的架構(gòu)抽象出一個(gè)類庫，doubango-ngn-stack, 利用此類庫我們可以在android 上自己開發(fā)一些客戶端應(yīng)用程序，包括語音，視頻，即時(shí)通信，多媒體共享，會(huì)議等應(yīng)用。Imsdroid 2.0 即是構(gòu)建在 doubango-ngn-stack 上的一個(gè)具體應(yīng)用。

 Doubango-ngn-stack 原理

doubango-ngn-stack 是對(duì)doubango voip 框架的一個(gè)java 層封裝，內(nèi)部通過java 本地調(diào)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)(jni), 這與android 上的框架設(shè)計(jì)是相符的( 如 java 類庫提供的攝像頭功能即依賴于底層驅(qū)動(dòng)，上層通過jni 訪問底層驅(qū)動(dòng)) ，

 doubango/bindings/java