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简介：SIP（Session Initiation Protocol）是一种用于多媒体通信的应用层控制协议，广泛应用于VoIP系统中。本文围绕基于SIP协议的IP电话开发展开，详细介绍了SIP消息结构、工作流程及使用Java SIP API进行电话系统开发的核心组件与实现步骤。内容涵盖SIP协议的注册、会话建立、媒体协商、会话管理等关键技术，同时探讨了基于SIP的增值业务，如语音邮件、多方会议、即时消息、计费系统等。文章还分析了SIP在QoS、安全性等方面的技术挑战，并展望其在5G和物联网时代的应用前景。
基于SIP协议的IP电话增值业务实现技术.rar_java sip电话_sip_sip 开发_sip协议实现_sip电话

1. SIP协议基本概念与核心作用

SIP（Session Initiation Protocol）是一种基于文本的应用层控制协议，广泛用于建立、修改和终止多媒体通信会话，如语音通话、视频会议和即时消息等。其设计借鉴了HTTP和SMTP等成熟协议的结构，具有良好的可扩展性和灵活性。SIP协议的核心作用在于实现端到端的会话控制，通过注册、邀请、会话管理等机制，协调多方通信实体（如用户代理、代理服务器、重定向服务器等）协同工作。在VoIP系统中，SIP协议与RTP/RTCP配合，完成媒体流的协商与传输控制，是构建现代通信系统不可或缺的基础协议。

2. SIP消息结构解析与通信机制

SIP（Session Initiation Protocol）是一种基于文本的协议，广泛用于建立、修改和终止多媒体会话。其核心在于通过定义清晰的消息结构和通信机制，实现终端之间的高效交互。在本章中，我们将深入解析SIP消息的结构组成、事务模型及其涉及的关键通信实体，帮助读者掌握SIP通信的底层机制与实现原理。

2.1 SIP消息类型与基本结构

SIP协议通过两种基本类型的消息进行通信：请求消息（Request Message）和响应消息（Response Message）。每种消息都具有标准化的结构，确保通信双方能够准确解析和处理。

2.1.1 请求消息与响应消息的格式规范

SIP消息遵循RFC 3261定义的文本格式，由起始行（Start Line）、头域（Header Fields）和消息体（Message Body）组成。

SIP请求消息结构

请求消息的起始行为请求行（Request Line），包含方法（Method）、请求URI（Request-URI）和SIP版本（SIP-Version）。

示例如下：

INVITE sip:bob@example.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP pc33.atlanta.example.com;branch=z9hG4bK776asdhds
Max-Forwards: 70
From: Alice <sip:alice@example.com>;tag=1928301774
To: Bob <sip:bob@example.com>
Call-ID: a84b4c76e66710@pc33.atlanta.example.com
CSeq: 314159 INVITE
Contact: <sip:alice@pc33.atlanta.example.com>
Content-Type: application/sdp
Content-Length: 142

v=0
o=alice 2890844526 2890842807 IN IP4 pc33.atlanta.example.com
s=-
c=IN IP4 192.0.2.1
t=0 0
m=audio 3456 RTP/AVP 0
a=rtpmap:0 PCMU/8000
SIP响应消息结构

响应消息的起始行为状态行（Status Line），包含SIP版本、状态码（Status-Code）和原因短语（Reason-Phrase）。

示例如下：

SIP/2.0 180 Ringing
Via: SIP/2.0/UDP pc33.atlanta.example.com;branch=z9hG4bK776asdhds
From: Alice <sip:alice@example.com>;tag=1928301774
To: Bob <sip:bob@example.com>;tag=831123
Call-ID: a84b4c76e66710@pc33.atlanta.example.com
CSeq: 314159 INVITE
Contact: <sip:bob@192.0.2.4>
Content-Length: 0

代码逻辑分析与参数说明：
- INVITE sip:bob@example.com SIP/2.0 ：表示这是一个INVITE请求，目标为sip:bob@example.com，使用SIP版本2.0。
- Via 头域：用于记录消息传输路径，防止环路。
- From 与 To ：标识消息的发起方与接收方，并可能包含tag参数以区分会话。
- Call-ID ：唯一标识一次会话，用于关联多个消息。
- CSeq ：命令序列号，用于排序和去重。
- Content-Type ：指定消息体的媒体类型，如application/sdp用于媒体协商。
- Content-Length ：指示消息体的长度。

SIP请求方法列表
方法名 描述
INVITE 发起会话邀请
ACK 确认对INVITE的最终响应
OPTIONS 查询对方能力
BYE 终止会话
CANCEL 取消尚未完成的请求
REGISTER 注册用户位置

代码块说明：
以下是一个使用Java SIP API构建INVITE请求的代码示例：

SipFactory sipFactory = SipFactory.getInstance();
sipFactory.setPathName("gov.nist");
SipStack sipStack = sipFactory.createSipStack("sip:alice@example.com");
SipProvider sipProvider = sipStack.createSipProvider("sip:alice@pc33.atlanta.example.com");

// 构建INVITE请求
RequestEvent requestEvent = ...; // 假设已获取请求事件
Request inviteRequest = requestEvent.getRequest();
System.out.println("INVITE Request Method: " + inviteRequest.getMethod());
System.out.println("Request URI: " + inviteRequest.getRequestURI());
System.out.println("Call-ID: " + inviteRequest.getHeader(CallIdHeader.NAME));

逐行解读分析：
- SipFactory.getInstance() ：获取SIP工厂实例。
- sipFactory.setPathName("gov.nist") ：设置协议栈实现的路径。
- sipFactory.createSipStack() ：创建SIP协议栈。
- sipStack.createSipProvider() ：创建SIP提供者，用于发送和接收消息。
- requestEvent.getRequest() ：获取请求事件中的请求对象。
- inviteRequest.getMethod() ：获取请求方法，验证是否为INVITE。
- inviteRequest.getRequestURI() ：获取请求的目标URI。
- inviteRequest.getHeader(CallIdHeader.NAME) ：获取Call-ID头域。

2.1.2 头域字段的分类与作用（Via、From、To、CSeq等）

SIP头域是SIP消息的重要组成部分，负责传递控制信息、路由信息和会话参数。

常见SIP头域分类与作用
头域名称 分类 描述
Via 传输控制 记录消息路径，用于响应回送和防止环路
From 标识 发起方标识符和可选的tag
To 标识 接收方标识符和可选的tag
Call-ID 会话控制 唯一标识一个SIP会话
CSeq 排序 命令序列号，用于排序请求和响应
Contact 联系信息 提供直接联系对方的地址
Max-Forwards 传输控制 控制消息的最大跳数，防止无限转发
Content-Type 消息体描述 指定消息体的媒体类型
Content-Length 消息体描述 指定消息体的字节数
示例：Via头域的结构与作用
Via: SIP/2.0/UDP pc33.atlanta.example.com;branch=z9hG4bK776asdhds

参数说明：
- SIP/2.0/UDP ：协议版本与传输协议。
- pc33.atlanta.example.com ：发送方的主机名或IP地址。
- branch=z9hG4bK776asdhds ：事务唯一标识符，用于追踪事务流程。

Mermaid流程图：SIP消息交互流程
sequenceDiagram
    participant UAC
    participant Proxy
    participant UAS

    UAC->>Proxy: INVITE
    Proxy->>UAS: INVITE
    UAS-->>Proxy: 180 Ringing
    Proxy-->>UAC: 180 Ringing
    UAS-->>Proxy: 200 OK
    Proxy-->>UAC: 200 OK
    UAC->>Proxy: ACK
    Proxy->>UAS: ACK

图表说明：
该流程图展示了SIP会话建立过程中INVITE请求、180响铃、200成功响应及ACK确认的完整交互流程。通过该流程，可清晰理解SIP消息在用户代理客户端（UAC）、代理服务器（Proxy）和用户代理服务器（UAS）之间的流转机制。

2.2 SIP事务模型与状态机

SIP事务是SIP协议中用于管理请求与响应之间交互的基本单位。事务模型包括客户端事务（Client Transaction）和服务器事务（Server Transaction），分别处理请求的发送和响应的接收。

2.2.1 客户端事务与服务器事务的工作原理

SIP事务分为两类：

  • 客户端事务（Client Transaction） ：处理客户端发送请求并接收响应的过程。
  • 服务器事务（Server Transaction） ：处理服务器接收请求并发送响应的过程。
客户端事务状态机

客户端事务根据请求类型（如INVITE或非INVITE）分为：

  • INVITE事务：包含三次握手（INVITE, 1xx, 2xx）。
  • 非INVITE事务：如REGISTER、OPTIONS等，使用简单请求-响应模式。
示例：非INVITE事务状态转换
stateDiagram
    [*] --> Calling
    Calling --> Proceeding: 发送请求
    Proceeding --> Completed: 接收到最终响应
服务器事务状态机

服务器事务接收请求并生成响应，同样分为：

  • INVITE事务：等待ACK确认。
  • 非INVITE事务：直接响应。
示例：服务器非INVITE事务状态机
stateDiagram
    [*] --> Trying
    Trying --> Proceeding: 收到请求
    Proceeding --> Completed: 发送响应

2.2.2 非可靠传输与可靠传输机制对比

SIP支持多种传输协议，包括UDP（非可靠）和TCP（可靠）。

传输协议特性对比
特性 UDP（非可靠） TCP（可靠）
是否面向连接 否 是
数据报大小限制 通常<1500字节 无限制
重传机制 SIP层控制 TCP自动重传
丢包容忍度 高 低
实时性 高 略低
适用场景 低延迟会话建立 长连接、大消息传输
代码示例：基于TCP的SIP消息传输配置
SipStack sipStack = sipFactory.createSipStack("sip:alice@example.com");
sipStack.setTransport("TCP");
SipProvider sipProvider = sipStack.createSipProvider("sip:alice@example.com;transport=tcp");

参数说明：
- sipStack.setTransport("TCP") ：设置传输协议为TCP。
- sipProvider 的URI中包含 transport=tcp ，明确使用TCP传输。

2.3 SIP通信中的关键实体

SIP通信涉及多个核心网络实体，它们共同协作完成会话的建立、路由与管理。

2.3.1 UA（用户代理）角色与功能划分

用户代理（User Agent, UA）是SIP通信的终端设备，分为：

  • 用户代理客户端（UAC） ：发起请求。
  • 用户代理服务器（UAS） ：接收请求并作出响应。
UA的典型交互流程
sequenceDiagram
    UAC->>UAS: INVITE
    UAS-->>UAC: 180 Ringing
    UAS-->>UAC: 200 OK
    UAC->>UAS: ACK

功能说明：
- UAC发起会话邀请。
- UAS接收并响应，最终通过ACK完成会话建立。

2.3.2 Proxy Server、Redirect Server与Registrar Server的协同机制

SIP网络中的服务器包括：

  • Proxy Server ：转发SIP请求和响应，可进行状态保持。
  • Redirect Server ：不转发消息，仅返回目标地址供UAC重新发起请求。
  • Registrar Server ：用于用户注册，维护用户当前位置信息。
协同机制流程图
graph TD
    A[UAC] -- REGISTER --> B[Registrar Server]
    B -- 存储联系地址 --> C[Location Server]
    D[UAC] -- INVITE --> E[Proxy Server]
    E -- 查询位置 --> C
    C -- 返回地址 --> E
    E -- 转发INVITE --> F[UAS]

流程说明：
- 用户首先向Registrar Server注册，Registrar将信息存储到Location Server。
- 当另一个UAC发起呼叫时，Proxy Server会查询Location Server获取目标地址。
- 最终Proxy Server将请求转发给目标UAS，完成会话建立。

3. SIP呼叫流程详解与媒体协商

SIP（Session Initiation Protocol）作为IP通信中的核心协议之一，主要用于建立、修改和终止多媒体会话。本章将深入解析SIP协议中的呼叫流程，涵盖注册、会话建立与终止的全过程，并重点分析媒体协商机制，尤其是基于SDP（Session Description Protocol）的offer/answer模型。通过本章内容，读者将掌握SIP协议在实际通信场景中的运行逻辑，为后续的开发与优化打下坚实基础。

3.1 SIP呼叫建立过程

SIP呼叫流程是建立多媒体会话的核心机制。该过程包括用户注册、INVITE请求的发起与响应、ACK确认等多个关键步骤。通过这些步骤，SIP终端（User Agent, UA）能够实现身份认证、会话建立和媒体协商。

3.1.1 REGISTER注册流程与用户定位机制

REGISTER请求用于将用户的位置信息注册到SIP服务器中，通常发送至Registrar Server。此流程确保系统能够正确地将呼叫路由到用户当前所在的位置。

// 示例：使用JAIN SIP API发送REGISTER请求
SipFactory sipFactory = SipFactory.getInstance();
sipFactory.setPathName("gov.nist");
SipStack sipStack = sipFactory.createSipStack(properties);
SipProvider sipProvider = sipStack.createSipProvider(listeningPoint);

// 创建REGISTER请求
RequestEvent requestEvent = ...; // 从监听器中获取
Request request = requestEvent.getRequest();
ClientTransaction clientTransaction = sipProvider.getNewClientTransaction(request);

// 发送请求
clientTransaction.sendRequest();

代码逻辑分析：
1. SipFactory初始化 ：获取SIP协议栈实例。
2. SipStack创建 ：用于管理网络通信。
3. SipProvider创建 ：负责发送和接收SIP消息。
4. 构建REGISTER请求 ：从事件中获取或手动构造。
5. 发送请求 ：通过事务机制发送REGISTER请求。

注册步骤 描述
1. 客户端构造REGISTER请求 包含Contact头域，表示当前UA的IP地址和端口
2. 请求发送至Registrar Server 服务器记录用户位置信息
3. 服务器返回200 OK响应 表示注册成功
4. 客户端确认 通常不需要ACK确认，因为REGISTER使用UDP协议

流程图： 

sequenceDiagram
    participant UA
    participant Registrar
    UA->>Registrar: REGISTER (Contact: user@ip:port)
    Registrar->>UA: 200 OK

3.1.2 INVITE请求与会话初始化流程

INVITE请求是SIP会话建立的起点。它由主叫方发送，用于邀请被叫方加入会话。INVITE消息中通常包含SDP offer，用于描述主叫方支持的媒体参数。

// 构建INVITE请求
Request inviteRequest = messageFactory.createRequest(uri, Request.INVITE, callId, cseq, fromHeader, toHeader, viaHeaders, maxForwards);
SdpFactory sdpFactory = SdpFactory.getInstance();
SessionDescription sessionDescription = sdpFactory.createSessionDescription();
sessionDescription.setAttribute("rtpmap:0 PCMU/8000");
inviteRequest.setContent(sessionDescription.toString(), contentTypeHeader);

代码逻辑分析：
1. 创建INVITE请求 ：使用messageFactory构造基本请求。
2. 添加SDP信息 ：构建SDP会话描述，包含媒体编码、端口等信息。
3. 设置内容类型 ：指定内容为application/sdp。
4. 发送请求 ：通过事务机制发送INVITE。

INVITE流程步骤 描述
1. 主叫方发送INVITE 包含SDP offer
2. 被叫方返回100 Trying 表示请求已接收
3. 被叫方返回180 Ringing 被叫方正在振铃
4. 被叫方发送200 OK 接受邀请，包含SDP answer
5. 主叫方发送ACK 确认会话建立 
sequenceDiagram
    participant Caller
    participant Proxy
    participant Callee
    Caller->>Proxy: INVITE (SDP offer)
    Proxy->>Callee: INVITE
    Callee->>Proxy: 180 Ringing
    Proxy->>Caller: 180 Ringing
    Callee->>Proxy: 200 OK (SDP answer)
    Proxy->>Caller: 200 OK
    Caller->>Proxy: ACK

3.1.3 ACK确认与会话建立完成

ACK请求用于确认200 OK响应的接收，确保会话建立的可靠性。ACK请求不携带SDP内容，仅用于确认。

// 接收200 OK后发送ACK
ResponseEvent responseEvent = ...;
Response response = responseEvent.getResponse();
if (response.getStatusCode() == Response.OK) {
    Request ackRequest = responseEvent.getClientTransaction().createAck();
    sipProvider.sendRequest(ackRequest);
}

代码逻辑分析：
1. 响应事件处理 ：检测响应状态码是否为200 OK。
2. 创建ACK请求 ：调用createAck方法生成ACK。
3. 发送ACK ：通过SipProvider发送ACK请求。

ACK流程步骤 描述
1. 接收200 OK响应 主叫方收到被叫方的确认响应
2. 构造ACK请求 基于之前的事务生成ACK
3. 发送ACK 用于确认会话建立完成
4. 会话进入ACTIVE状态 双方开始媒体传输

3.2 SIP会话状态管理

SIP会话在建立之后需要进行状态管理，包括会话保持、更新和终止。SIP提供了专门的消息来管理这些状态变化。

3.2.1 会话保持与更新机制

会话保持机制用于维持SIP会话的活跃状态，防止因网络超时而断开。SIP使用 re-INVITE 请求来更新会话参数，如媒体编码、网络地址等。

// 发送re-INVITE请求更新媒体参数
Request reInviteRequest = messageFactory.createRequest(uri, Request.RE_INVITE, callId, newCSeq, fromHeader, toHeader, viaHeaders, maxForwards);
reInviteRequest.setContent(newSessionDescription, contentTypeHeader);
clientTransaction = sipProvider.getNewClientTransaction(reInviteRequest);
clientTransaction.sendRequest();

代码逻辑分析：
1. 创建re-INVITE请求 ：与普通INVITE类似，但使用RE_INVITE方法。
2. 更新SDP信息 ：可以修改媒体参数。
3. 发送请求 ：通过事务机制发送更新请求。

re-INVITE流程 描述
1. 一方发送re-INVITE 用于更新媒体或网络参数
2. 对方响应100 Trying 表示请求已接收
3. 对方返回200 OK 包含新的SDP answer
4. 发送ACK确认 会话参数更新完成 
sequenceDiagram
    participant A
    participant B
    A->>B: RE-INVITE (new SDP offer)
    B->>A: 200 OK (new SDP answer)
    A->>B: ACK

3.2.2 会话终止流程（BYE请求与状态清理）

当一方希望结束会话时，会发送BYE请求。该请求不需要SDP内容，仅用于通知对方会话结束。

// 发送BYE请求终止会话
Request byeRequest = messageFactory.createRequest(uri, Request.BYE, callId, byeCSeq, fromHeader, toHeader, viaHeaders, maxForwards);
clientTransaction = sipProvider.getNewClientTransaction(byeRequest);
clientTransaction.sendRequest();

代码逻辑分析：
1. 创建BYE请求 ：使用Request.BYE方法。
2. 设置事务并发送 ：通过事务机制发送终止请求。
3. 对方响应200 OK ：表示会话已结束。

BYE流程步骤 描述
1. 一方发送BYE请求 通知对方结束会话
2. 对方返回200 OK 确认会话终止
3. 会话资源释放 媒体流停止，资源回收 
sequenceDiagram
    participant A
    participant B
    A->>B: BYE
    B->>A: 200 OK

3.3 媒体协商与SDP协议处理

SIP协议通过SDP（Session Description Protocol）进行媒体协商。SDP描述了会话的媒体类型、编码格式、网络地址等信息。媒体协商遵循offer/answer模型，由主叫方发送offer，被叫方回复answer。

3.3.1 SDP协议结构与媒体参数定义

SDP消息由多个字段组成，常见的字段包括：

  • v= ：协议版本
  • o= ：会话发起者信息
  • s= ：会话名称
  • t= ：会话时间
  • m= ：媒体描述（如音频、视频）
  • c= ：连接信息（IP地址）
  • a= ：属性（如编码、端口）
v=0
o=user1 53655765 2353687637 IN IP4 192.168.1.10
s=-
c=IN IP4 192.168.1.10
t=0 0
m=audio 49170 RTP/AVP 0
a=rtpmap:0 PCMU/8000

字段说明：
- m=audio 49170 RTP/AVP 0 ：表示音频媒体，端口49170，使用RTP协议，载荷类型0（PCMU）。
- a=rtpmap:0 PCMU/8000 ：定义载荷类型0的编码为PCMU，采样率8000Hz。

3.3.2 媒体协商过程中的offer/answer模型

SIP中媒体协商基于offer/answer模型：

  1. 主叫方发送INVITE请求，携带SDP offer。
  2. 被叫方回应200 OK，携带SDP answer。
  3. 双方根据协商结果建立媒体连接。
// 示例：SDP offer
m=audio 49170 RTP/AVP 0 8 101
a=rtpmap:0 PCMU/8000
a=rtpmap:8 PCMA/8000
a=rtpmap:101 telephone-event/8000

// 示例：SDP answer
m=audio 49172 RTP/AVP 0 101
a=rtpmap:0 PCMU/8000
a=rtpmap:101 telephone-event/8000

协商逻辑分析：
- 主叫方支持PCMU、PCMA、telephone-event三种编码。
- 被叫方选择PCMU和telephone-event，放弃PCMA。

3.3.3 编解码协商与NAT穿透问题处理

媒体协商还包括编解码器的选择和NAT穿透问题的处理。

编码协商策略 描述
优先级匹配 选择双方都支持的最高优先级编码
动态载荷类型 使用RTP动态载荷编号协商特定编码
支持多编码 多编码共存，按优先级排序

NAT穿透问题处理：

  • STUN ：用于发现公网IP和端口映射。
  • TURN ：中继媒体流，绕过NAT。
  • ICE ：综合使用STUN/TURN进行NAT穿透。
sequenceDiagram
    participant UA1
    participant STUN
    participant UA2
    UA1->>STUN: Binding Request
    STUN->>UA1: Binding Response (公网地址)
    UA1->>UA2: INVITE (包含公网地址)
    UA2->>STUN: Binding Request
    STUN->>UA2: Binding Response
    UA2->>UA1: 200 OK (包含公网地址)

本章深入解析了SIP协议的呼叫流程与媒体协商机制，涵盖了注册、INVITE、ACK、BYE等关键流程，并详细分析了SDP结构与offer/answer模型。下一章将介绍Java SIP API的开发环境搭建与核心组件的使用，帮助读者进入SIP应用开发阶段。

4. Java SIP API开发环境搭建与核心组件

Java SIP API 作为一套基于 JAIN SIP（Java APIs for Integrated Networks - Session Initiation Protocol）规范的编程接口，广泛应用于构建 SIP 协议栈驱动的 VoIP 应用程序。本章将从 Java SIP API 的基础入手，逐步讲解其开发环境的搭建、核心组件的使用方式以及事件监听机制，帮助开发者构建一个完整的 SIP 通信框架。

4.1 Java SIP API简介与开发准备

Java SIP API 是一套标准化的 SIP 协议栈接口，由 JCP（Java Community Process）制定，主要包括 JSR 309 （Media Control API）和 JAIN SIP API （JSR 119）。本节将介绍其基本架构，并指导如何配置开发环境。

4.1.1 JAIN SIP与JSR 309规范概述

JAIN SIP 是 Java 平台上实现 SIP 协议的标准化接口，支持构建 SIP User Agent（UA）、Proxy、Redirect Server 等功能。其核心接口包括：

接口名称 功能描述
SipFactory 用于创建 SIP 栈实例
SipProvider 提供 SIP 消息收发功能
SipListener 用于监听 SIP 事件
MessageFactory 创建 SIP 请求与响应消息
HeaderFactory 创建 SIP 头域
AddressFactory 构建 SIP 地址对象

JSR 309 则专注于媒体控制功能，允许开发者通过 Java API 控制音频、视频流的建立、传输和控制。

4.1.2 JDK配置与JAIN SIP库的引入

在开始开发前，需准备如下环境：

  • JDK 1.8 或以上
  • JAIN SIP 实现库 ：如 JAIN SIP Reference Implementation (RI) 或 RestComm jain-sip

开发步骤：

  1. 下载 JAIN SIP RI 或使用 Maven 依赖（推荐）：
<dependency>
    <groupId>javax.sip</groupId>
    <artifactId>jain-sip-api</artifactId>
    <version>1.2</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>gov.nist</groupId>
    <artifactId>governor-sip</artifactId>
    <version>2.0</version>
</dependency>
  1. 配置 SIP 协议栈属性：
Properties properties = new Properties();
properties.setProperty("javax.sip.STACK_NAME", "MySIPStack");
properties.setProperty("javax.sip.IP_ADDRESS", "127.0.0.1");
properties.setProperty("javax.sip.PORT", "5060");
properties.setProperty("javax.sip.TRANSPORT", "udp");
  1. 初始化 SIPFactory 并加载协议栈：
SipFactory sipFactory = SipFactory.getInstance();
sipFactory.setPathName("gov.nist");
SipStack sipStack = sipFactory.createSipStack(properties);

4.2 SIPFactory与SIPProvider组件

SIPFactory 是 SIP 协议栈的工厂类，负责创建 SIP 栈、SIPProvider、SipMessageFactory 等核心组件。而 SIPProvider 是 SIP 协议栈与网络通信之间的桥梁，负责消息的接收与发送。

4.2.1 SIPFactory的初始化与配置

SipFactory 是使用 Java SIP API 的起点，其初始化代码如下：

SipFactory sipFactory = SipFactory.getInstance();
sipFactory.setPathName("gov.nist"); // 设置实现类路径
SipStack sipStack = sipFactory.createSipStack(properties); // 创建 SIP 栈
参数说明：
  • setPathName(String path) ：设置 SIP 协议栈的实现类路径，如 "gov.nist" 表示使用 NIST 的实现。
  • createSipStack(Properties props) ：根据配置属性创建 SIP 栈。
SIPFactory 的核心作用：
  • 统一管理 SIP 协议栈资源
  • 提供创建 SIPProvider 和 SipMessageFactory 的接口
  • 支持多协议栈实例的隔离管理

4.2.2 SIPProvider的创建与事件监听绑定

每个 SIPProvider 对应一个传输协议（如 UDP、TCP 或 TLS）。创建 SIPProvider 的步骤如下：

ListeningPoint listeningPoint = sipStack.createListeningPoint("127.0.0.1", 5060, "udp");
SipProvider sipProvider = sipStack.createSipProvider(listeningPoint);
代码解析：
  • createListeningPoint(...) ：创建监听点，指定 IP、端口和传输协议。
  • createSipProvider(...) ：创建 SIPProvider 实例。
SIPProvider 的核心功能：
功能 描述
消息发送 使用 sendRequest() 或 sendResponse() 发送 SIP 消息
消息接收 通过绑定 SipListener 接收 SIP 消息
事件监听绑定 注册监听器以处理注册、呼叫、媒体等事件
示例：绑定监听器
sipProvider.addSipListener(new MySipListener());

其中 MySipListener 是实现 SipListener 接口的类，负责处理 SIP 消息事件。

4.3 SIPListener事件处理机制

SIPListener 是 Java SIP API 中用于处理 SIP 消息事件的核心接口。它定义了多个回调方法，用于接收和处理 SIP 请求、响应、超时、IO 错误等事件。

4.3.1 消息接收与事件分发机制

SIPListener 接口定义了以下主要方法：

public interface SipListener {
    void processRequest(RequestEvent requestEvent);
    void processResponse(ResponseEvent responseEvent);
    void processTimeout(TimeoutEvent timeoutEvent);
    void processIOException(IOExceptionEvent exceptionEvent);
    void processTransactionTerminated(TransactionTerminatedEvent transactionTerminatedEvent);
    void processDialogTerminated(DialogTerminatedEvent dialogTerminatedEvent);
}
事件流程图（mermaid）：
graph TD
    A[SIP消息到达] --> B{是否为请求?};
    B -->|是| C[调用processRequest()];
    B -->|否| D[调用processResponse()];
    C --> E[处理请求消息];
    D --> F[处理响应消息];
    E --> G[生成响应并发送];
    F --> H[更新会话状态];

4.3.2 呼叫事件、注册事件与媒体事件的监听与响应

1. 注册事件监听与处理

当用户代理（UA）发送 REGISTER 请求时，服务器端可通过监听器捕获该事件：

public void processRequest(RequestEvent requestEvent) {
    if (requestEvent.getRequest().getMethod().equals(Request.REGISTER)) {
        System.out.println("收到注册请求");
        // 创建响应消息
        Response response = sipFactory.createMessageFactory().createResponse(Response.OK, requestEvent.getRequest());
        requestEvent.getServerTransaction().sendResponse(response);
    }
}
代码解析：
  • requestEvent.getRequest() ：获取接收到的 SIP 请求。
  • createResponse(...) ：创建 200 OK 响应。
  • sendResponse(...) ：发送响应消息。
2. 呼叫事件处理（INVITE）

当接收到 INVITE 请求时，应创建响应并启动媒体会话：

if (request.getMethod().equals(Request.INVITE)) {
    Response response = messageFactory.createResponse(Response.RINGING, request);
    serverTransaction.sendResponse(response);

    // 创建 200 OK 响应
    Response okResponse = messageFactory.createResponse(Response.OK, request);
    ContentHeader contentHeader = (ContentHeader) okResponse.getHeader(ContentHeader.NAME);
    contentHeader.setContent(new String("v=0\r\no=user1 53655765 2353687637 IN IP4 127.0.0.1\r\ns=-\r\nc=IN IP4 127.0.0.1\r\nt=0 0\r\nm=audio 3456 RTP/AVP 0\r\na=rtpmap:0 PCMU/8000"));
    serverTransaction.sendResponse(okResponse);
}
参数说明：
  • Ringing (180) ：表示呼叫正在振铃。
  • OK (200) ：表示呼叫已接受。
  • ContentHeader ：携带 SDP 媒体描述信息。
3. 媒体事件监听与处理

媒体事件通常通过 JSR 309 实现，开发者可监听媒体状态变化并进行处理。例如：

public void processMediaEvent(MediaEvent mediaEvent) {
    if (mediaEvent.getType() == MediaEvent.TYPE_AUDIO_CONNECTED) {
        System.out.println("音频连接成功");
    } else if (mediaEvent.getType() == MediaEvent.TYPE_AUDIO_DISCONNECTED) {
        System.out.println("音频连接断开");
    }
}

总结与延伸

本章系统讲解了 Java SIP API 的开发环境搭建与核心组件的使用方法，包括：

  • JAIN SIP 与 JSR 309 规范的基本介绍
  • JDK 配置与 JAIN SIP 库的引入
  • SIPFactory 与 SIPProvider 的初始化流程
  • SIPListener 的事件监听机制
  • 呼叫、注册、媒体事件的具体处理方式

在下一章中，我们将进一步探讨如何使用这些组件构建完整的 SIP 会话，包括 INVITE 请求的构建、响应处理以及会话生命周期管理等内容。开发者可基于本章所学，结合实际业务需求，扩展 SIP 协议的应用场景，如视频会议、语音邮件等。

5. SIP会话建立与管理实现

SIP（Session Initiation Protocol）作为VoIP通信的核心控制协议，其会话的建立、维护与终止流程是系统开发与运维中的关键环节。本章将深入解析SIP会话的生命周期，从会话创建、状态管理到资源释放的全过程，结合Java SIP API的实现方式，详细说明如何在实际开发中构建和维护一个完整的SIP会话，并通过代码示例和流程图进行逻辑推演，帮助开发者掌握SIP会话控制的核心技术。

5.1 SIP会话的创建与初始化

SIP会话的建立通常由 INVITE 请求触发，这是SIP协议中用于发起会话的核心请求消息。本节将介绍如何使用Java SIP API构建并发送 INVITE 请求，并讨论响应消息的接收与处理机制。

5.1.1 INVITE请求的构建与发送

在Java SIP API中，创建并发送 INVITE 请求通常涉及以下几个关键步骤：

  1. 获取 SipFactory 实例并初始化。
  2. 创建 SipStack 和 SipProvider 。
  3. 构建 INVITE 请求消息。
  4. 发送请求并监听响应。

以下是一个完整的代码示例，展示了如何使用 JAIN SIP API发送 INVITE 请求：

import javax.sip.*;
import javax.sip.address.*;
import javax.sip.header.*;
import javax.sip.message.*;
import java.util.*;

public class SipInviteClient implements SipListener {

    private SipFactory sipFactory;
    private SipStack sipStack;
    private SipProvider sipProvider;
    private AddressFactory addressFactory;
    private HeaderFactory headerFactory;
    private MessageFactory messageFactory;

    public void init() throws Exception {
        sipFactory = SipFactory.getInstance();
        sipFactory.setPathName("gov.nist");
        Properties properties = new Properties();
        properties.setProperty("javax.sip.STACK_NAME", "SipInviteClient");
        properties.setProperty("javax.sip.IP_ADDRESS", "127.0.0.1");
        sipStack = sipFactory.createSipStack(properties);
        headerFactory = sipFactory.createHeaderFactory();
        addressFactory = sipFactory.createAddressFactory();
        messageFactory = sipFactory.createMessageFactory();

        ListeningPoint listeningPoint = sipStack.createListeningPoint("127.0.0.1", 5060, "udp");
        sipProvider = sipStack.createSipProvider(listeningPoint);
        sipProvider.addSipListener(this);
    }

    public void sendInvite(String targetUri) throws Exception {
        // 创建本地和远程地址
        Address fromAddress = addressFactory.createAddress("sip:alice@127.0.0.1");
        Address toAddress = addressFactory.createAddress("sip:" + targetUri);

        // 创建From头域
        FromHeader fromHeader = headerFactory.createFromHeader(fromAddress, "12345");

        // 创建To头域
        ToHeader toHeader = headerFactory.createToHeader(toAddress, null);

        // 创建Call-ID
        CallIdHeader callIdHeader = sipProvider.getNewCallId();

        // 创建CSeq头域
        CSeqHeader cSeqHeader = headerFactory.createCSeqHeader(1L, Request.INVITE);

        // 创建Max-Forwards头域
        MaxForwardsHeader maxForwardsHeader = headerFactory.createMaxForwardsHeader(70);

        // 创建Contact头域
        Address contactAddress = addressFactory.createAddress("sip:alice@127.0.0.1:5060");
        ContactHeader contactHeader = headerFactory.createContactHeader(contactAddress);

        // 创建请求URI
        URI requestURI = addressFactory.createURI("sip:" + targetUri);

        // 创建INVITE请求
        Request inviteRequest = messageFactory.createRequest(
                requestURI, Request.INVITE, callIdHeader, cSeqHeader,
                fromHeader, toHeader, Arrays.asList(contactHeader, maxForwardsHeader));

        // 发送请求
        ClientTransaction clientTransaction = sipProvider.getNewClientTransaction(inviteRequest);
        clientTransaction.sendRequest();
    }

    // 实现SipListener接口方法
    public void processRequest(RequestEvent requestEvent) {
        // 请求处理逻辑
    }

    public void processResponse(ResponseEvent responseEvent) {
        if (responseEvent.getResponse().getStatusCode() == Response.OK) {
            System.out.println("Received 200 OK for INVITE");
            // 处理会话建立
        }
    }

    public void processTimeout(TimeoutEvent timeoutEvent) {
        System.out.println("Transaction timeout occurred.");
    }

    public void processIOException(IOExceptionEvent exceptionEvent) {
        System.out.println("IO Exception occurred.");
    }

    public void processTransactionTerminated(TransactionTerminatedEvent transactionTerminatedEvent) {
        System.out.println("Transaction terminated.");
    }

    public void processDialogTerminated(DialogTerminatedEvent dialogTerminatedEvent) {
        System.out.println("Dialog terminated.");
    }
}
代码逻辑分析
  • 第1-7行 ：导入必要的SIP API类。
  • 第9-13行 ：定义 SipInviteClient 类，实现 SipListener 接口以监听SIP事件。
  • init() 方法 ：
  • 初始化 SipFactory 并设置协议栈名称。
  • 创建 SipStack 、 HeaderFactory 、 AddressFactory 等核心组件。
  • 创建监听点并绑定到本地端口5060。
  • sendInvite() 方法 ：
  • 使用 AddressFactory 创建 from 和 to 地址。
  • 构建 FromHeader 、 ToHeader 、 Call-ID 、 CSeq 等头域。
  • 创建 INVITE 请求并发送。
  • 事件处理方法 ：
  • processResponse() ：处理响应消息，如接收到 200 OK 表示会话建立成功。
  • processTimeout() ：处理超时事件。
参数说明
参数 说明
targetUri 被叫方的SIP URI，如 bob@127.0.0.1
fromAddress 主叫方的SIP地址
toAddress 被叫方的SIP地址
callIdHeader 唯一标识一个SIP会话的Call-ID
cSeqHeader 命令序列号，用于请求排序
contactHeader 指定主叫方的联系地址
maxForwardsHeader 最大转发次数，防止环路
流程图说明
graph TD
    A[初始化SIP栈] --> B[创建SIP Provider]
    B --> C[构建INVITE请求]
    C --> D[设置From、To、Call-ID、CSeq等头域]
    D --> E[发送INVITE请求]
    E --> F{收到响应?}
    F -- 是 --> G[处理200 OK]
    F -- 否 --> H[等待响应或处理超时]

5.1.2 响应消息的接收与会话状态更新

当 INVITE 请求被成功处理后，主叫方将接收到响应消息，如 100 Trying 、 180 Ringing 和最终的 200 OK 。收到 200 OK 后，主叫方应发送 ACK 确认会话建立，并进入会话状态。

响应处理逻辑
public void processResponse(ResponseEvent responseEvent) {
    Response response = responseEvent.getResponse();
    ClientTransaction clientTransaction = responseEvent.getClientTransaction();

    if (response.getStatusCode() == Response.TRYING) {
        System.out.println("Received 100 Trying");
    } else if (response.getStatusCode() == Response.RINGING) {
        System.out.println("Received 180 Ringing");
    } else if (response.getStatusCode() == Response.OK) {
        System.out.println("Received 200 OK, sending ACK");
        try {
            Dialog dialog = clientTransaction.getDialog();
            Request ackRequest = dialog.createAck(response.getCSeq().getSequenceNumber());
            dialog.sendAck(ackRequest);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
逻辑分析
  • processResponse() 方法监听响应消息：
  • 100 Trying ：表示请求正在被处理。
  • 180 Ringing ：表示被叫方正在振铃。

  • 200 OK ：表示会话已建立，需发送 ACK 确认。

  • Dialog 对象 ：

  • 表示一个SIP会话对话，用于管理 ACK 、 BYE 等后续消息。
状态更新机制
状态 描述
Trying 请求正在被代理服务器处理
Ringing 被叫方振铃
OK 会话建立成功
Confirmed 收到 ACK 后，会话进入确认状态

5.2 会话过程中的状态维护

SIP会话的生命周期包括建立、维持、更新和终止四个阶段。本节将介绍如何通过Java SIP API实现会话状态的维护，包括媒体流的启动与状态监控。

5.2.1 会话生命周期管理

SIP会话的生命周期由 Dialog 对象管理。 Dialog 用于维护会话的状态信息，包括 Call-ID 、 CSeq 、 Local Tag 和 Remote Tag 等字段。

会话状态监控
public void processDialogTerminated(DialogTerminatedEvent dialogTerminatedEvent) {
    Dialog dialog = dialogTerminatedEvent.getDialog();
    System.out.println("Dialog terminated: " + dialog.getCallId().getCallId());
}

该方法在会话结束时被触发，用于清理资源。

媒体流启动逻辑

媒体流通常通过SDP（Session Description Protocol）进行协商，一旦会话建立完成，媒体流即可启动。

public void startMediaStream(Dialog dialog) {
    // 假设已通过SDP协商获得媒体地址和端口
    String mediaIp = "192.168.1.100";
    int mediaPort = 40000;
    System.out.println("Starting media stream to " + mediaIp + ":" + mediaPort);
    // 启动RTP/RTCP流
}

5.2.2 媒体流的启动与状态监控

媒体流的启动通常依赖于SDP的offer/answer模型。主叫方在 INVITE 请求中携带SDP offer，被叫方在 200 OK 中返回SDP answer。

SDP协商示例
ContentHeader contentHeader = (ContentHeader) inviteRequest.getHeader(ContentHeader.NAME);
String sdpOffer = new String(contentHeader.getContent());
System.out.println("SDP Offer: " + sdpOffer);
媒体流状态监控

媒体流状态可通过RTP/RTCP协议进行监控，如：

状态 描述
Media Active 媒体流已建立并传输中
Media Inactive 媒体流暂停或未连接
Media Terminated 媒体流已终止

5.3 会话终止与资源释放

会话终止通常由 BYE 请求触发，表示一方希望结束当前会话。

5.3.1 BYE请求的发送与会话关闭

public void sendBye(Dialog dialog) throws Exception {
    Request byeRequest = dialog.createRequest(Request.BYE);
    ClientTransaction clientTransaction = sipProvider.getNewClientTransaction(byeRequest);
    dialog.sendRequest(sipProvider, clientTransaction);
    System.out.println("BYE request sent.");
}
流程图说明
graph TD
    A[发送BYE请求] --> B[等待200 OK响应]
    B --> C{收到响应?}
    C -- 是 --> D[关闭会话]
    C -- 否 --> E[重试或超时处理]

5.3.2 会话资源回收与异常处理机制

会话终止后，需要回收资源，如关闭媒体流、释放 Dialog 对象等。

public void processResponse(ResponseEvent responseEvent) {
    if (responseEvent.getResponse().getStatusCode() == Response.OK) {
        if (responseEvent.getClientTransaction().getRequest().getMethod().equals(Request.BYE)) {
            Dialog dialog = responseEvent.getClientTransaction().getDialog();
            dialog.delete();
            System.out.println("Session terminated and resources released.");
        }
    }
}
异常处理机制
异常类型 处理方式
Timeout 重发请求或提示用户
IOException 关闭连接并记录日志
TransactionTerminated 清理会话事务

通过本章的详细讲解与代码示例，我们系统地分析了SIP会话的创建、状态维护与终止流程，涵盖了从 INVITE 请求的构建、响应处理、媒体流启动到会话终止的完整生命周期。结合Java SIP API的实际开发经验，开发者可以更深入地理解SIP协议的会话控制机制，并为构建稳定的VoIP通信系统打下坚实基础。

6. SIP增值业务功能开发与系统集成

6.1 SIP增值业务功能设计

SIP协议作为多媒体通信的基础协议，除了支持基本的语音呼叫功能外，还可以通过扩展支持多种增值业务功能。本节将介绍几种常见的SIP增值业务实现方式，包括语音邮件、多方会议和即时消息功能。

6.1.1 语音邮件功能实现流程

语音邮件（Voice Mail）是VoIP系统中常见的附加服务。其核心流程包括：

  1. 用户A呼叫用户B，但用户B未接听或处于离线状态；
  2. 系统将呼叫转发至语音邮件服务器；
  3. 用户A留言，服务器录制语音并保存；
  4. 用户B上线后，系统通知其有新留言；
  5. 用户B通过SIP请求下载或播放语音邮件。

代码示例：语音邮件提示的SIP请求构造（Java SIP API） 

// 构造语音邮件提示请求
public void sendVoiceMailNotification(SipProvider sipProvider, String toUser, String fromUser) throws Exception {
    Address toAddress = addressFactory.createAddress("sip:" + toUser + "@example.com");
    Address fromAddress = addressFactory.createAddress("sip:" + fromUser + "@example.com");
    SipURI requestURI = addressFactory.createSipURI(null, "voicemail.example.com");

    RequestEvent requestEvent = new RequestEvent();
    Request request = requestFactory.createRequest(requestURI, Request.MESSAGE, CallIdHeader.NAME, 1L, fromAddress, toAddress, null);

    // 添加消息内容
    ContentTypeHeader contentTypeHeader = headerFactory.createContentTypeHeader("text", "plain");
    request.setContent("You have a new voicemail message.", contentTypeHeader);

    ClientTransaction clientTransaction = sipProvider.getNewClientTransaction(request);
    clientTransaction.sendRequest();
}

参数说明 ：
- toUser ：接收语音邮件通知的用户；
- fromUser ：发送通知的服务方或系统；
- request.setContent() ：用于传递语音邮件提示内容；
- 使用 MESSAGE 方法发送即时通知。

6.1.2 多方会议功能的架构与实现

SIP支持多方会议的核心是通过 B2BUA（Back-to-Back User Agent） 结构实现会话中继。会议服务器作为中间节点，分别与多个终端建立SIP会话，并将媒体流进行混合。

典型架构如下 ：

graph TD
    A[终端A] -->|INVITE| B(会议服务器)
    C[终端B] -->|INVITE| B
    D[终端C] -->|INVITE| B
    B -->|媒体混合| A
    B -->|媒体混合| C

实现关键点 ：
- 使用SIP REFER方法实现会议邀请；
- 使用INFO或MESSAGE方法进行会议状态更新；
- 媒体流通过RTP中继进行混音处理。

6.1.3 即时消息（IM）功能的SIP扩展支持

SIP协议支持即时消息功能是通过 MESSAGE方法 和 MSRP（Message Session Relay Protocol） 实现的。MESSAGE方法适用于简单的文本消息发送，而MSRP则支持更复杂的即时消息会话（如文件传输、富文本等）。

代码示例：发送即时消息 

public void sendInstantMessage(SipProvider sipProvider, String toUser, String messageContent) throws Exception {
    Address toAddress = addressFactory.createAddress("sip:" + toUser + "@example.com");
    Address fromAddress = addressFactory.createAddress("sip:user@example.com");

    Request messageRequest = requestFactory.createRequest(
        addressFactory.createSipURI(null, "example.com"),
        Request.MESSAGE,
        CallIdHeader.NAME,
        1L,
        fromAddress,
        toAddress,
        null
    );

    ContentTypeHeader contentType = headerFactory.createContentTypeHeader("text", "plain");
    messageRequest.setContent(messageContent, contentType);

    ClientTransaction clientTransaction = sipProvider.getNewClientTransaction(messageRequest);
    clientTransaction.sendRequest();
}

说明 ：
- Request.MESSAGE ：用于发送即时消息；
- 支持自定义内容类型；
- 可结合presence扩展实现在线状态推送。

6.2 SIP计费系统与隐私控制

在商业VoIP系统中，计费系统和用户隐私保护是两个关键模块。

6.2.1 基于SIP事件的计费数据采集

SIP协议支持通过 SUBSCRIBE/NOTIFY机制 来获取通话状态事件，可用于计费系统的实时监控。

计费采集流程 ：

步骤 描述
1 计费客户端向SIP服务器发送 SUBSCRIBE 请求
2 服务器响应并订阅通话事件
3 当通话开始（ INVITE 成功）时，发送 NOTIFY 通知
4 通话结束时再次发送 NOTIFY ，记录通话时长
5 计费系统计算费用并记录

示例代码片段 ：

public void subscribeToCallEvents(SipProvider sipProvider, String targetUser) throws Exception {
    Address toAddress = addressFactory.createAddress("sip:" + targetUser + "@example.com");
    Request subscribeRequest = requestFactory.createRequest(
        addressFactory.createSipURI(null, "example.com"),
        Request.SUBSCRIBE,
        CallIdHeader.NAME,
        1L,
        addressFactory.createAddress("sip:billing@example.com"),
        toAddress,
        null
    );

    ClientTransaction clientTransaction = sipProvider.getNewClientTransaction(subscribeRequest);
    clientTransaction.sendRequest();
}

6.2.2 SIP号码隐藏与隐私保护机制实现

号码隐藏功能通过SIP的Privacy头域实现，常用于保护用户隐私。

实现方式 ：

  • 使用 Privacy: id 头域隐藏主叫号码；
  • Proxy Server在转发请求时修改From头信息；
  • 被叫方看到的可能是“Anonymous”或匿名号码。

SIP请求头示例 ：

INVITE sip:userB@example.com SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.1:5060;branch=z9hG4bK123456
From: <sip:anonymous@example.com>;tag=12345
To: <sip:userB@example.com>
Privacy: id
Call-ID: abc123@192.168.1.1
CSeq: 1 INVITE
Content-Type: application/sdp
Content-Length: ...

说明 ： Privacy: id 表示隐藏主叫身份信息，由代理服务器进行处理。

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简介：SIP（Session Initiation Protocol）是一种用于多媒体通信的应用层控制协议，广泛应用于VoIP系统中。本文围绕基于SIP协议的IP电话开发展开，详细介绍了SIP消息结构、工作流程及使用Java SIP API进行电话系统开发的核心组件与实现步骤。内容涵盖SIP协议的注册、会话建立、媒体协商、会话管理等关键技术，同时探讨了基于SIP的增值业务，如语音邮件、多方会议、即时消息、计费系统等。文章还分析了SIP在QoS、安全性等方面的技术挑战，并展望其在5G和物联网时代的应用前景。


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