SIP

Descripción y características generales del protocolo SIP SIP es un protocolo de la capa de Aplicación del Stack de Protocolos TCP/IP. Está relacionado estrechamente con el Protocolo SDP y coexiste junto con otros protocolos del mismo nivel y funciones, como son: Megaco y H323.

El protocolo SIP es un protocolo de señalización para VoIP. Sus principales funciones son:

• Establecer, modificar y finalizar sesiones entre dos o más participantes.
• Registro y localización de participantes. Movilidad.
• Gestión del conjunto de participantes y de los componentes del sistema.
• Descripción de características de las sesiones y negociación de capacidades de los participantes.

Algunas de sus características son:

• Basado en Texto
• Sintaxis similar a HTTP o SMTP.
• Uso de URIs (con esquemas sip, sips y tel).
• Métodos básicos: INVITE, ACK, BYE, CANCEL, REGISTER, OPTIONS.
• Los mensajes se agrupan en transacciones y llamadas.
• Generalmente, el cuerpo de los mensajes contiene descripciones de sesiones multimedia (SDP).
• Códigos de respuesta similares a los de HTTP. (Ejemplo: 200 – OK)
• Localización basada en DNS.
• Cabeceras como método de ampliación.

El protocolo SIP no es un protocolo de propósito general. Su objetivo es ayudar a establecer y finalizar la comunicación. SIP se ayuda de otros protocolos para lograr una llamada telefónica, una sesión de video conferencia o de Mensajería Instantánea, etc. Los protocolos que apoyan comúnmente a SIP son: SDP y RTP (RTCP). RTP es usado para transportar los datos multimedia en tiempo real mientras que SDP se emplea para describir y codificar las características y capacidades multimedia de los participantes en la sesión.

SIP es un protocolo de señalización orientado a conexiones end-to-end. Esto significa que toda la lógica se encuentra almacenada en los dispositivos finales (salvo el ruteo de mensajes SIP). La ventaja es la escalabilidad que se obtiene pues los servers no son saturados con mensajes SIP. La desventaja de esto es que los encabezados son mucho mayores.

Elementos y arquitectura del protocolo SIP

La configuración mas simple para establecer una sesión SIP es utilizando sólo dos agentes de usuario (UA) conectados uno a otro. Los elementos básicos de un sistema SIP son los UA (Agentes de usuario) y los servidores de Red. Estos últimos pueden ser de diferentes tipos, Proxies, Registrars y Redirect Servers. A menudo estos elementos son sólo entidades lógicas y comúnmente se sitúan en el mismo lugar.

User Agent

El agente de usuario se conforma por el UAS (User Agent Server) y UAC (User Agent Client). Son las entidades finales que usan SIP para contactarse uno con otro y definir las características de la sesión. Se encuentran, por ejemplo, en un softphone, teléfonos celulares (SIP), Hard-IPphones, etc. El UAC es la parte del UA que se encarga de generar peticiones y recibir respuestas a esas peticiones, mientras que el UAS tiene como tarea el recibir peticiones y generar respuestas a las mismas.

SIP Proxy Server

Un SIP Proxy Server es aquel que realiza una petición a nombre de un UA hacia otro Proxy u otro UA. La tarea más importante de un Proxy Server es encaminar las invitaciones de sesión para llevarlas hasta el UA llamado. Una invitación de sesión atravesará comúnmente un conjunto de Proxies hasta encontrar a aquel que conozca la localización exacta del UA buscado. Existen dos tipos de SIP Proxy Servers: stateful y stateless.
• Stateful Proxy – Este tipo de servidor crea un estado de petición y lo mantiene hasta que la transacción finalice.
• Stateless Proxy – Sólo reenvía los mensajes SIP.
Los proxies stateful pueden desempeñar tareas mucho más complejas; por ejemplo hacer retransmisiones como lo sería el caso del servicio “sígueme” ó reemitir un mismo mensaje SIP hacia dos proxies diferentes con el fin de localizar a un usuario en específico.

Registrar Server

Cuando un usuario se conecta a la Red (ejecuta su Softphone en su PC o enciende su IPphone), este envía un mensaje Register hacía su Proxy con el fin de que éste conozca su ubicación. La labor de un registrar Proxy consiste en atender estos mensajes, autenticar y validar la cuenta contra una base de datos interna o externa y “registrar” la localización actual del usuario. Un Registrar Server es comúnmente sólo una entidad lógica y la mayoría de las veces se localiza junto con el Proxy SIP Server

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Redirect Server

Entidad que escucha peticiones y regresa (no reenvía mensajes) respuestas que contienen la localización actual de un usuario en particular. Este servidor escucha las peticiones y realiza la búsqueda en la Base de Datos creada por el Registrar Server. Este tipo de Server contesta con mensajes SIP de clase 3XX. El usuario o Proxy que realizó la petición original extrae la información de la respuesta y envía otra petición directamente al resultado de la búsqueda.

Los mensajes SIP

SIP utiliza una serie de mensajes para “señalizar” las sesiones. El mensaje se conforma de una línea inicial (Start – Line ó Request – Line), el encabezado del mensaje (Message Header) y el cuerpo del mensaje (Message Body).

La línea inicial contiene la versión del protocolo SIP, el método y direcciones involucradas en la sesión para las peticiones, mientras que el estado de la sesión para el caso de las respuestas. El encabezado contiene información relacionada con la llamada en forma de texto; por ejemplo: el origen y destino de la petición, el identificador de la llamada, etc. El cuerpo del mensaje o carga útil (payload) lleva información (comúnmente SDP ó ISUP en caso de una troncal hacia la PSTN).

Transacciones SIP

Una transacción SIP es una secuencia de mensajes entre dos elementos de Red. Una transacción corresponde a una petición y todas las respuestas a esa petición. Esto quiere decir que una transacción incluirá cero o mas respuestas provisionales y una o mas respuestas finales (en el caso de un mensaje INVITE, recuerde que este puede ser dividido por un Proxy, por lo tanto tendrá múltiples respuesta finales.

Las entidades SIP que almacenan el estado de las transacciones son denominadas Stateful. Lo hacen por medio del registro de cada transacción a través de un identificador contenido en el encabezado VIA . A continuación se muestra un ejemplo los mensajes que pertenecen a una misma transacción dentro de una conversación SIP.

Diálogos SIP

Un diálogo SIP es una conversación peer-to-peer entre dos UA (Agentes de Usuario). Los diálogos son identificados usando los campos Call-ID (Id. De llamada), From (De) y To (Para). Los mensajes con estos campos iguales pertenecerán al mismo diálogo. El campo Cseq, del que hablamos anteriormente, es utilizado para ordenar los mensajes en un diálogo. De hecho el Cseq representa el número de transacción. De forma breve podemos decir que un diálogo es una secuencia de transacciones que pertenecen a la misma sesión (llamada) SIP.

Escenarios SIP

Dentro del protocolo SIP existen escenarios básicos que ayudan a entender la manera en que este protocolo opera. a continuación se describe los más importantes y recurrentes.

Registro

Para que un usuario pueda hacer y recibir llamadas, este debe registrarse primero ante el Proxy a fin de que éste lo identifique como un usuario válido y conozca su ubicación.

Tomado de:
Barba, R. (2012). Propuesta de integración de soluciones empresariales VoIP con software libre(tesis de pregrado). Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
Fuente:
http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/4055/1/20T00457.pdf

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Desventajas al Usar la Telefonia por Internet (VoIP)

Session Initiation Protocol (SIP o Protocolo de Inicio de Sesiones): Es un protocolo desarrollado por el grupo de trabajo MMUSIC del IETF con la intención de ser el estándar para la iniciación, modificación y finalización de sesiones interactivas de usuario donde intervienen elementos multimedia como el video, voz, mensajería instantánea, juegos en línea y realidad virtual.

La sintaxis de sus operaciones se asemeja a las de HTTP y SMTP, los protocolos utilizados en los servicios de páginas Web y de distribución de e-mails respectivamente. Esta similitud es natural ya que SIP fue diseñado para que la telefonía se vuelva un servicio más en Internet.

En noviembre del año 2000, SIP fue aceptado como el protocolo de señalización de 3GPP y elemento permanente de la arquitectura IMS (IP Multimedia Subsystem). SIP es uno de los protocolos de señalización para voz sobre IP, otro es H.323 y IAX actualmente IAX2.

Diseño del protocolo

El protocolo SIP fue diseñado por el IETF con el concepto de “caja de herramientas”, es decir, el protocolo SIP se vale de las funciones aportadas por otros protocolos, que da por hechas y no vuelve a desarrollar. Debido a este concepto, SIP funciona en colaboración con otros muchos protocolos. El protocolo SIP se concentra en el establecimiento, modificación y terminación de las sesiones, y se complementa entre otros con el SDP, que describe el contenido multimedia de la sesión, por ejemplo qué direcciones IP, puertos y códecs se usarán durante la comunicación. Es un protocolo de señalización. Se complementa con el RTP (Real-time Transport Protocol), portador del contenido de voz y vídeo que intercambian los participantes en una sesión establecida por SIP.

Otro concepto importante en su diseño es el de extensibilidad. Esto significa que las funciones básicas del protocolo, definidas en la RFC 3261, pueden ser extendidas mediante otras RFC (Requests for Comments) dotando al protocolo de funciones más potentes.

Las funciones básicas del protocolo incluyen:

• Determinar la ubicación de los usuarios, aportando movilidad.
• Establecer, modificar y terminar sesiones multipartitas entre usuarios.

El protocolo SIP adopta el modelo cliente-servidor y es transaccional. El cliente realiza peticiones (requests) que el servidor atiende y genera una o más respuestas (dependiendo de la naturaleza, método de la petición). Por ejemplo para iniciar una sesión el cliente realiza una petición con el método INVITE en donde indica con qué usuario (o recurso) quiere establecer la sesión. El servidor responde ya sea rechazando o aceptado esa petición en una serie de respuestas. Las respuestas llevan un código de estado que brindan información acerca de si las peticiones fueron resueltas con éxito o si se produjo un error. La petición inicial y todas sus respuestas constituyen una transacción.

Los servidores, por defecto, utilizan el puerto 5060 en TCP (Transmission Control Protocol) y UDP (User Datagram Protocol) para recibir las peticiones de los clientes SIP.
Aunque existen muchos otros protocolos de señalización para VoIP, SIP se caracteriza porque sus promotores tienen sus raíces en la comunidad IP y no en la industria de las telecomunicaciones. SIP ha sido estandarizado y dirigido principalmente por el IETF mientras que el protocolo de VoIP H.323 ha sido tradicionalmente más asociado con la Unión Internacional de Telecomunicaciones. Sin embargo, las dos organizaciones han promocionado ambos protocolos del mismo modo.

SIP es similar a HTTP y comparte con él algunos de sus principios de diseño: es legible por humanos y sigue una estructura de petición-respuesta. Los promotores de SIP afirman que es más simple que H.323. Sin embargo, aunque originalmente SIP tenía como objetivo la simplicidad, en su estado actual se ha vuelto tan complejo como H.323. SIP comparte muchos códigos de estado de HTTP, como el familiar ‘404 no encontrado’ (404 not found). SIP y H.323 no se limitan a comunicaciones de voz y pueden mediar en cualquier tipo de sesión comunicativa desde voz hasta vídeo o futuras aplicaciones todavía sin realizar.

Arquitectura SIP
El propósito de SIP es la comunicación entre dispositivos multimedia. SIP hace posible esta comunicación gracias a dos protocolos que son RTP/RTCP y SDP.
El protocolo RTP se usa para transportar los datos de voz en tiempo real (igual que para el protocolo H.323, mientras que el protocolo SDP se usa para la negociación de las capacidades de los participantes, tipo de codificación, etc.)

SIP fue diseñado de acuerdo al modelo de Internet. Es un protocolo de señalización extremo a extremo que implica que toda la lógica es almacenada en los dispositivos finales (salvo el rutado de los mensajes SIP). El estado de la conexión es también almacenado en los dispositivos finales. El precio a pagar por esta capacidad de distribución y su gran escalabilidad es una sobrecarga en la cabecera de los mensajes producto de tener que mandar toda la información entre los dispositivos finales.

SIP es un protocolo de señalización a nivel de aplicación para establecimiento y gestión de sesiones con múltiples participantes. Se basa en mensajes de petición y respuesta y reutiliza muchos conceptos de estándares anteriores como HTTP y SMTP.

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Componentes del Protocolo SIP

SIP soporta funcionalidades para el establecimiento y finalización de las sesiones multimedia: localización, disponibilidad, utilización de recursos, y características de negociación.
Para implementar estas funcionalidades, existen varios componentes distintos en SIP. Existen dos elementos fundamentales, los agentes de usuario (UA) y los servidores.
1. User Agent (UA): consisten en dos partes distintas, el User Agent Client (UAC) y el User Agent Server (UAS). Un UAC es una entidad lógica que genera peticiones SIP y recibe respuestas a esas peticiones. Un UAS es una entidad lógica que genera respuestas a las peticiones SIP.

Ambos se encuentran en todos los agentes de usuario, así permiten la comunicación entre diferentes agentes de usuario mediante comunicaciones de tipo cliente-servidor.
2. Los servidores SIP pueden ser de tres tipos:

– Proxy Server: retransmiten solicitudes y deciden a qué otro servidor deben remitir, alterando los campos de la solicitud en caso necesario. Es una entidad intermedia que actúa como cliente y servidor con el propósito de establecer llamadas entre los usuarios. Este servidor tienen una funcionalidad semejante a la de un Proxy HTTP que tiene una tarea de encaminar las peticiones que recibe de otras entidades más próximas al destinatario. Existen dos tipos de Proxy Servers: Statefull Proxy y Stateless Proxy.

• Statefull Proxy: mantienen el estado de las transacciones durante el procesamiento de las peticiones. Permite división de una petición en varias (forking), con la finalidad de la localización en paralelo de la llamada y obtener la mejor respuesta para enviarla al usuario que realizó la llamada.
• Stateless Proxy: no mantienen el estado de las transacciones durante el procesamiento de las peticiones, únicamente reenvían mensajes.
– Registrar Server: es un servidor que acepta peticiones de registro de los usuarios y guarda la información de estas peticiones para suministrar un servicio de localización y traducción de direcciones en el dominio que controla.
– Redirect Server: es un servidor que genera respuestas de redirección a las peticiones que recibe. Este servidor reencamina las peticiones hacia el próximo servidor.
La división de estos servidores es conceptual, cualquiera de ellos puede estar físicamente una única máquina, la división de éstos puede ser por motivos de escalabilidad y rendimiento.

Mensajes SIP

SIP es un protocolo textual que usa una semántica semejante a la del protocolo HTTP. Los UAC realizan las peticiones y los UAS retornan respuestas a las peticiones de los clientes. SIP define la comunicación a través de dos tipos de mensajes. Las solicitudes (métodos) y las respuestas (códigos de estado) emplean el formato de mensaje genérico establecido en el RFC 2822 , que consiste en una línea inicial seguida de un o más campos de cabecera (headers), una línea vacía que indica el final de las cabeceras, y por último, el cuerpo del mensaje que es opcional.

– Métodos SIP
Las peticiones SIP son caracterizadas por la línea inicial del mensaje, llamada Request-Line, que contiene el nombre del método, el identificador del destinatario de la petición (Request-URI) y la versión del protocolo SIP. Existen seis métodos básicos SIP (definidos en RFC 254) que describen las peticiones de los clientes:
– INVITE: Permite invitar un usuario o servicio para participar en una sesión o para modificar parámetros en una sesión ya existente.
– ACK: Confirma el establecimiento de una sesión.
– OPTION: Solicita información sobre las capacidades de un servidor.
– BYE: Indica la terminación de una sesión.
– CANCEL: Cancela una petición pendiente.
– REGISTER: Registrar al User Agent.
Sin embargo, existen otros métodos adicionales que pueden ser utilizados, publicados en otros RFCs como los métodos INFO, SUBSCRIBER,etc.

Mensajes de error SIP

A continuación se muestran los errores que se pueden producir en los mensajes SIP de manera más detallada explicando la causa concreta del error:
Como se ha indicado anteriormente corresponde con las respuestas de la clase:

4xx – Respuestas de fallo de método.
5xx – Respuestas de fallos de servidor.
6xx – Respuestas de fallos globales.
Estos errores se corresponden con los mensajes de error Q.931 o DSS1 y suponen el mapeo de los eventos SIP con lós códigos de error de la RTC (Red telefónica conmutada)

Direccionamiento SIP
Una de las funciones de los servidores SIP es la localización de los usuarios y resolución de nombres. Normalmente, el agente de usuario no conoce la dirección IP del destinatario de la llamada, sino su e-mail.

Protocolo SDP – SIP

El protocolo SDP (Session Description Protocol) RFC 2327 se utiliza para describir sesiones multicast en tiempo real, siendo útil para invitaciones, anuncios, y cualquier otra forma de inicio de sesiones.

La propuesta original de SDP fue diseñada para anunciar información necesaria para los participantes y para aplicaciones de multicast MBONE (Multicast Backbone). Actualmente, su uso está extendido para el anuncio y la negociación de las capacidades de una sesión multimedia en Internet.

Puesto que SDP es un protocolo de descripción, los mensajes SDP se pueden transportar mediante distintos protocolos con SIP, SAP, RTSP, correo electrónico con aplicaciones MIME o protocolos como HTTP. Como el SIP, el SDP utiliza la codificación del texto. Un mensaje del SDP se compone de una serie de líneas, denominados campos, dónde los nombres son abreviados por una sola letra, y está en una orden requerida para simplificar el análisis. El SDP no fue diseñado para ser fácilmente extensible.
La única manera de ampliar o de agregar nuevas capacidades al SDP es definir un nuevo atributo. Sin embargo, los atributos desconocidos pueden ser ignorados. En la tabla siguiente podemos observar todos los campos.

Tomado de: http://elastixtech.com/protocolo-sip/

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