SIP路由机制解析(zz)

在前面已经陆续介绍了SIP重要头域、注册流程、会话流程等SIP相关知识，现在再来介绍一下SIP中的路由机制。

总的来说，SIP中存在两种路由场景：
1，请求消息的路由
2，响应消息的路由

其中，响应消息的路由非常简单，就是完全依靠Via来完成的，具体请见我关于RFC3261中会话流程的分析。
下面我们只谈SIP请求消息的路由。

首先我们要搞清楚什么是严格路由和松散路由。

 

 

 

 

 

 

严格路由（Strict Routing）：
可以理解为比较“死板”的理由机制，这种路由机制在SIP协议的前身RFC 2534中定义，其机制非常简单。
要求接收到的消息的request-URI必须是自己的URI，然后它会把第一个Route头域“弹”出来，并把其中的URI作为新的request-RUI，然后把该消息路由给该URI。

松散路由（Louse Routing，lr）：
该路由机制较为灵活，也是SIP路由机制的灵魂所在，在SIP根本大典RFC 3261中定义。
下面介绍一下一个松散路由的Proxy的路由决策过程：

1，Proxy首先会检查消息的request-URI是不是自己属于自己所负责的域。如果是，它就会通过定位服务将该地址“翻译”成具体的联系地址并以此替换掉原来的request-URI；否则，它不会动request-URI。

2，Proxy检查第一个Route头域中的URI是不是自己的，如果是，则移除之。

3，前面两项都是准备工作，下面该进行真正的路由了。如果还有Route头域，则Proxy会把消息路由给该头域中的URI，否则就路由给request-URI。至于如何从下一跳URI确定出IP地址，端口以及传输协议那是另外一回事了。

对于前面的3条规则，我们可以简单总结为一句话：Route的优先级高于request-URI的。

好，了解了两种路由机制，我们再来了解一下Route和Record-Route。
如果说Via是为了给一个请求消息的响应消息留后路，那么Record-Route就是为了给该请求消息之后的请求消息留后路。
【说明】一个SIP消息每经过一个Proxy（包括主叫），都会被加上一个Via头域，当消息到达被叫后，Via头域就记录了请求消息经过的完整路径。被叫将这些Via头域原样copy到响应消息中（包括各Via的参数，以及各Via的顺序），然后下发给第一个Via中的URI，每个Proxy转发响应消息前都会把第一个Via（也就是它自己添加的Via）删除，然后将消息转发给新的第一个Via中的URI，直到消息到达主叫。

    而在一个请求消息的传输过程中，Proxy也可能（纯粹自愿，如果它希望还能接收到本次会话的后续请求消息的话）会添加一个Record-Route头域，这样当消息到达被叫后里面就有会有0个或若干个Record-Route头域。被叫会将这些Record-Route头域并入路由集，并并入自己的路由集，随后被叫在发送请求消息时就会使用该路由集构造一系列Route头域，以便对消息进行路由。
    然后，被叫会像上面对待Via头域一样，将Record-Route头域全部原样copy到响应消息中返回给主叫。
    主叫收到响应消息后也会将这些Record-Route头域并入路由集，只是它会将其反序。该会话中的后续请求消息的Route头域就会通过路由集构造。
【注意】Record-Route头域不用来路由，而只是起到传递信息的作用。
Record-Route头域不是路由集的唯一来源，路由集还可以通过手工配置等方式得到。


只是描述还是比较抽象，下面就以RFC 3261中的两个实例来解释一下。

路由示例1：

场景：
两个UE间有两个Proxy，U1 -> P1 -> P2 -> U2，并且两个Proxy都乐意添加Record-Route头域。

消息流：
【说明】由于我们在此只关心SIP路由机制，因此下面消息中跟路由机制无关的头域都省略了。

U1发出一个INVITE请求给P1（P1是U1的外拨代理服务器）：
      INVITE sip:[e-mail] SIP/2.0
      Contact: sip:[e-mail]

P1不负责域domain.com，消息中也没有Route头域，因此通过DNS查询得到负责该域的Proxy的地址并且把消息转发过去。这里P1在转发前就添加了一个Record-Route头域，里面有一个lr参数，说明P1是一个松散路由器，遵循RFC3261中的路由机制。
      INVITE sip:[e-mail] SIP/2.0
      Contact: sip:[e-mail]
      Record-Route: <sip:p1.example.com;lr>
P2负责域domain.com，因此它通过定位服务得到[e-mail] 对应的设备地址是[e-mail] ，因此用新的URI重写request-URI。消息中没有Route头域，因此它就把该消息转发给request-URI中的URI，转发前它也增加了一个Record-Route头域，并且也有lr参数。
      INVITE sip:[e-mail] SIP/2.0
      Contact: sip:[e-mail]
      Record-Route: <sip:p2.domain.com;lr>
      Record-Route: <sip:p1.example.com;lr>
位于u2.domain.com的被叫收到了该INVITE消息，并且返回一个200 OK响应。其中就包括了INVITE中的Record-Route头域。
      SIP/2.0 200 OK
      Contact: sip:[e-mail]
      Record-Route: <sip:p2.domain.com;lr>
      Record-Route: <sip:p1.example.com;lr>
被叫此时也就有了自己的路由集：
      (<sip:p2.domain.com;lr>,<sip:p1.example.com;lr>)

并且它本次会话的远端目的地址设置为INVITE中Contact中的URI：[e-mail]，此后被叫在该会话中的请求消息就发到这个URI。同样，被叫在200 OK响应中也携带了自己的联系地址，主叫收到该响应消息后也会把本次会话的远端目的地址设置为：[e-mail]，此后主机在该会话中的请求消息就发到这个URI。
同样，主叫也有了自己的路由集，只是跟被叫的是反序的：
      (<sip:p1.example.com;lr>,<sip:p2.domain.com;lr>)


通话完毕后，我们架设主叫先挂机，则主叫发出BYE请求：
      BYE sip:[e-mail] SIP/2.0
      Route: <sip:p1.example.com;lr>,<sip:p2.domain.com;lr>
可以看到，BYE的Route头域正是主机的路由集构造来的。
由于p1在第一个Route中，因此BYE首先发给P1。

P1收到该消息后，发现request-URI中的URI不属于自己负责的域，而消息有Route头域，并且第一个Route头域中的URI正是自己，因此删除之，并且把消息转发给新的第一个Route头域中的URI，也就是P2：
      BYE sip:[e-mail] SIP/2.0
      Route: <sip:p2.domain.com;lr>
P2收到该消息后，发现request-URI中的URI不属于自己负责的域（P2负责的是domain.com，而不是u2.domain.com），第一个Route头域中的URI正是自己，因此删除之，此时已经没有Route头域了，因此就转发给了request-URI中的URI。

被叫就会收到BYE消息：
      BYE sip:[e-mail] SIP/2.0

路由示例2：
如果说上面的示例主要关注的是路由流程，那么本示例关注的则是严格路由与松散路由的区别。

场景：
U1->P1->P2->P3->P4->U2
其中，P3是严格路由的，其余Proxy都是松散路由的，并且4个Proxy都很乐意增加Record-Route头域。

消息流：
我们直接给出了到达被叫的INVITE消息：
      INVITE sip:[e-mail] SIP/2.0
      Contact: sip:[e-mail]
      Record-Route: <sip:p4.domain.com;lr>
      Record-Route: <sip:p3.middle.com>
      Record-Route: <sip:p2.example.com;lr>
      Record-Route: <sip:p1.example.com;lr>

这中间的其他消息我们就不过问了，直接看一下被叫最后发出的BYE消息大概是什么样子：
      BYE sip:[e-mail] SIP/2.0
      Route: <sip:p4.domain.com;lr>
      Route: <sip:p3.middle.com>
      Route: <sip:p2.example.com;lr>
      Route: <sip:p1.example.com;lr>

因为P4在第一个Route里，因此被叫将BYE消息发给了P4。

P4收到该消息后，发现自己不负责域u1.example.com，但是第一个Route头域中的URI正是自己，因此删除之。P4还发现新的第一个Route头域中的URI是一个严格路由器，因此它把request-URI中的URI添加到最后一个Route的位置，并且将第一个Route“弹出”并且覆盖原来的request-URI。然后将消息转发给当前的request-URI，也就是P3。
      BYE sip:p3.middle.com SIP/2.0
      Route: <sip:p2.example.com;lr>
      Route: <sip:p1.example.com;lr>
      Route: <sip:[e-mail]>

P3收到该消息后，直接把消息作出如下变换并且发给P2：
      BYE sip:p2.example.com;lr SIP/2.0
      Route: <sip:p1.example.com;lr>
      Route: <sip:[e-mail]>
P2收到该消息后，发现消息中的request-URI是自己的，因此在进一步处理先首先对消息做如下变换：
      BYE sip:[e-mail] SIP/2.0
      Route: <sip:p1.example.com;lr>
然后，P2发现自己不负责域u1.example.com，第一个Route中的URI也不是自己的，因此将消息转发给该URI，也就是P1。

P1收到该消息后，发现自己不负责域u1.example.com，但是第一个Route头域中的URI正是自己，因此删除之。消息变成下面的样子：
      BYE sip:[e-mail] SIP/2.0
既然Route头域已经是空，因此P1把消息发给u1.example.com。

 

 

我们经常可以看到在Router字段中设置的SIP URI经常有一个lr的属性，例如<sip:a.b.c.d;lr>，这就是表示这个地址所在的Proxy Server是一个Loose Router，如果没有lr属性，它就是一个Strict Router。

Loose Router实际上表示Proxy Server根据的是RFC3261处理Route字段的规则，而Strict Router表示Proxy Server根据的是RFC2357处理Route字段的规则。Strict Router要求SIP消息的Request URI为其自身的地址。

1、Loose Router和Strict Router首先都会检查Router字段的第一个地址是否为自己，如果是则从Router字段中删除自己。

2、Strict Router在发往下一跳时将使用Router字段中的下一跳地址更新Request URI。

3、Loose Router首先会检查Request URI是否为自己：如果不是，则不作处理；如果是，则取出Route字段的最后一个地址作为Request URI地址，并从Route字段中删去最后一个地址。

4、Loose Router其次会检查下一跳是否为Strict Router：如果不是，则不作处理；如果是，则将Request URI添加为Route的最后一个字段，并用下一跳Strict Router的地址更新Request URI。

可以看到步骤3、4其实是Loose Router为了兼容Strict Router而做的额外工作。


IMS中的说明：
        需要指出一点，标题“IMS中松散路由(Loose Router)和严格路由(Strict Router)”建议改为“SIP中对松散路由(Loose Router)和严格路由(Strict Router)的处理 ”。楼主所说的是RFC3261中的内容。该RFC定义了SIP基本协议，而不是IMS的协议。

而对IMS而言，3GPP要求该系统中都是松散路由。详见3GPP TS24.229 v730第4.3节。当然，对那些要与非IMS网络设备打交道的IMS网元，如I-CSCF、IBCF、S-CSCF、E-CSCF，也要提供对松散路由的支持。

 

 

对RFC 3665上的3.2的例子的个人理解：
1>sip中二个端点的应用route的形成是通过proxy在处理的过程中，通过Record-Route记录来形成的，并且在200Ok后，Alice 进行ACk的时候，已经将Record-Route的记录转化到route域了。
2>Bob在第一个invite到达的时候，形成了route；Alice Alice在从Bob返回的第一个请求中学习到了路由，这里是180
3>Via字段主要用来Proxy Server使用，从RFC 3261中可以看到，主要是为了Proxy标识事务ID，还有其他的一些东西

 

 

 

 

1. SIP消息头部主要字段：

·         Request-URI：Request消息的第一行中method后面紧跟的部分就是Request-URI(本例中的sip:[e-mail])。该值在消息经过Proxy之后就有可能发生变化，变成消息路径中Next Hop的URI。

·         To：包含的是最终用户的Public address，消息无论被Proxy多少次该值都不会改变。当最终用户开始回应第一个Response消息时(比如本例中的180 Ring)会在To中加上本地唯一的一个tag值。

·         From：包含Request消息发起者的URI，也不会被Proxy改变；在生成Reqeust消息时就会在后面加上一个本地唯一的tag值。

·         Call-Id：用来标识一个唯一的Session，整个Session期间的所有消息的Session-Id都是相同的。

·         Max-Forwards：消息可被转发的最大次数，每经过一个Proxy，该值就会被减一。

·         CSeq：该属性由一个整数和一个method名字两部分组成；整数部分的作用是用来对同一个Session中的Request消息进行排序的；从第一个Invite消息发出后，随后的所有Request消息(ACK和Cancel除外)中的CSeq值都依次加一。比如Alice与Bob的通话过程中Alice想修改会话的一些属性，于是她便发起第二个Invite消息，这个Invite消息中的CSeq就需要加一；在比如Alice给Bob发送了一个Invite消息，而Bob发回的200 OK发生延时，于是Alice又发送第二个Invite消息，此时对第一个Invite消息的200 OK到达，Alice根据200 OK中的CSeq便可以知道这是对第一个Invite消息的应答。Request消息Cancel和Ack中的CSeq和与之对应的Invite消息中的CSeq值是一致的。

·         Via：该属性记录了消息的路由。Request消息被生成的时候只有一个Via，那就是本地的URI，此后消息每经过一个Proxy，Proxy都会在消息中插入一个Via记录下自己的URI。当最终用户发挥Response消息时，会从Request消息中拷贝所有的Via，然后按照反序进行路由，每经过一个Proxy，该Proxy就会将包含自己URI的Via删除，这样当Response消息最终到达Request发起端的时候就只剩下一个Via了。

·         Contact：该属性包含了用户可以被直接找到的一个URI，Request发起方会在Request消息中加入该值，接收方会在第一个Response(该例中的180 Ring)中加入该值。利用这个URI，此后再发起Request消息时就直接发送到对方了，而无需经过Proxy，比如本例中的F12 ACK消息，由于之前通过交换Contact值，Alice知道如何能直接找到Bob，于是在第一行的SIP-URI中填上Bob所提供的Contact值，将ACK消息直接发送给Bob而无需经过Proxy，注意To中仍然是原先的值。

·         Route and Record-Route：这两个属性都是有Proxy加入的；上面提到Contact属性可以让随后的Reqeust消息绕过Proxy而直接发给最终用户。有时候处于安全或者其他方面的原因，Proxy希望所有的消息都必须经过Proxy，那么这时候Proxy就需要在经过它的第一个Request消息中插入该属性记录自己的URI，这样此后的Request消息就必须按照该属性中指定的路径路由。

 

2. 对以上几个头部属性简单概括一下：

·         SIP-URI是一个Hop-to-Hop的属性，所以有可能被Proxy改变；

·         From和To属性在消息的路由过程中一直保持不变；它们在Request消息中确定，此后对端发来的所有Response消息的From和To都是原样拷贝Request消息中的From和To；

 

·         Via是用来帮助Response消息进行路由的，Contact是用来供随后的Request消息进行路由的