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SIP本地存活技术白皮书
关键词：SIP、本地存活模式、独立模式
摘 要：本文主要介绍SIP本地存活的概念、产生背景、技术实现以及典型组网方案等。
缩略语：
缩略语 | 英文全名 | 中文解释 |
SIP | Session initiation protocol | 会话初始化协议 |
随着IP电话技术的广泛应用，企业或组织机构将IP电话从中心站点的部署扩展到远程分支机构，并通过在中心站点部署语音服务器对远程分支机构的呼叫进行集中管理。
为保持基本呼叫及各种语音业务的连续性，需要在分支机构与总部的通信出现故障后，能由分支机构的语音网关接替总部的语音服务器，承担本地语音的呼叫管理功能，保证本地呼叫的正常进行。而当通信故障恢复后，则所有呼叫仍由总部语音服务器处理，以实现呼叫的集中管理。
SIP本地存活特性就是在上述需求下产生的。该特性的主要技术特点是在不增加新的设备投资的基础上，在原有语音网关中内置一个具有保活检测功能的SIP本地存活服务器软件系统。该系统能够实时检测与总部的通信状况，并能在通信故障时承担语音服务器功能，如：接受用户注册和呼叫业务等基本功能以及各种语音业务功能，从而有效保证了分支机构与总部之间通信的连续性和稳定性。
结合图1所示的组网，下面将详细介绍SIP本地存活的工作机制。
图1 SIP本地存活工作机制示意图
启动SIP本地存活特性后，语音网关内置的SIP本地存活服务器通过定期发送保活检测报文（OPTIONS报文）来探测总部语音服务器是否处于正常状态，从而决定是否接管本地呼叫管理。
(1) 分支与总部通信正常
如果总部语音服务器对OPTIONS报文进行回复，则认为总部语音服务器还处于工作状态。此时内置的SIP本地存活服务器不接管本地呼叫管理。分支机构的所有用户都注册到总部语音服务器上，呼叫控制、业务实现都由总部语音服务器群来提供。
(2) 分支与总部的通信中断
如果因为链路故障等原因，导致语音网关接收不到总部语音服务器的回复报文，则内置的SIP本地存活服务器就会接管本地的所有呼叫管理。
SIP本地存活服务器接管呼叫后，仍然会定期向总部语音服务器发送用来探测保活的OPTIONS报文。
(3) 分支与总部的通信恢复
如果语音网关再次接收到了总部服务器对OPTIONS的回复报文，则认为分支与总部的通信恢复正常。此时内置的SIP本地存活服务器将不再接受用户注册，用户向SIP本地存活服务器的注册失败后，就会自动切换注册到总部语音服务器上，重新接受总部语音服务器的管理。
语音网关内置的SIP本地存活服务器接管的本地呼叫管理，主要包括以下几个方面：
l 所有用户重新注册到本地语音网关内置的SIP本地存活服务器上。
l 内部呼叫通过SIP本地存活服务器来完成。
l 呼出电话通过SIP本地存活服务器后，可以通过呼叫路由完成呼叫。
l 呼入的电话统一经过SIP本地存活服务器路由到相应的电话终端。
SIP本地存活服务器一旦接管所有呼叫管理，就可以将其看作一台小型的语音服务器，此时SIP本地存活服务器具有如下几种服务器功能。
SIP本地存活服务器能够接受用户的注册请求，完成用户地址的注册，同时支持用户的注册更新和注销请求，完成地址的更新注册和注销处理。具体功能如下。
l 支持用户注册。
l 支持基于号码的注册。
l 支持为全局和用户配置注册时间间隔。
l 支持鉴权信息的配置。
l 支持可信节点的注册、更新注册和注销，可信节点在注册过程中不需要鉴权处理。
l 支持最长注册时间间隔限制，以防止用户注册时间超长而浪费服务器资源。
l 支持最短注册时间间隔限制，以防止用户频繁向服务器注册而增加服务器负担。
SIP本地存活服务器能在用户注册时进行认证鉴权，从而确定用户身份的合法性。SIP本地存活服务器具有标准的认证方式，包括以下几个方面：
l 可以根据配置灵活选择是否对用户使用认证。
l 认证方式采用更加安全和普遍的HTTP摘要认证方式，认证过程遵循RFC 2617标准，能够与任何遵循该标准的设备完成认证鉴权。
l 通过MD5加密方式生成挑战信息，并限制其有效时间，保证了挑战信息的唯一性和有效性，有效避免重放式攻击。
l 采用基于号码的认证模式，支持为每一个号码单独分配用户名和密码进行认证。
为了支持从注册用户到非注册用户的呼叫，SIP本地存活服务器提供静态路由表的路由机制，允许用户配置到达特定目的号码的呼叫路由。这种情况下，SIP本地存活服务器会根据被叫用户号码按照预设的静态路由表进行选路，而该号码不需要注册到服务器上。通过配置呼叫路由，分支机构用户能够向非注册用户或是外部其他用户发起呼叫。
图2为呼叫路由示意图，与Router B相连的Telephone B为外部用户，没有向SIP本地存活服务器注册，Router A中号码1000已经注册到了SIP本地存活服务器上。假设某公司内部号码为四位，对外的前缀是8899，即本公司内部用户Telephone A呼叫外部用户Telephone B时会通过SIP本地存活服务器的呼叫路由呼出，并且会为主叫号码添加8899前缀。
在实际的应用中，一个企业可能需要限制某些话机的呼叫权限，比如某一部门的话机不能够拨打外线，仅能够与公司其他部门电话进行通信，个别部门的话机则不受该限制；或是限制某一话机仅能接受呼叫而不能发起呼叫；甚至限制某些话机拨打特定号码等等，这就需要服务器支持对呼叫进行呼叫过滤处理，只有满足条件的呼叫才允许通行。
SIP本地存活服务器支持用户通过配置呼叫限制规则来允许或是禁止特定号码的呼叫请求。用户可以分别配置针对主叫或是被叫号码的规则。用户还可以在全局和某一用户界面下配置呼叫限制规则，通过灵活多变的配置规则，呼叫限制丰富和强大了服务器的呼叫管理功能，管理员仅仅通过配置相应的规则，就能够实现企业内部话机的分级管理。
实际应用中每一个分支机构中的电话号码都有特定的区域前缀。比如某一分支机构的号码都为八位数字，其中前四位为区域前缀，剩余四位为内部短号。分支机构内部用户都是使用内部短号进行注册和呼叫。
l 当外部用户向该分支机构内部用户发起呼叫时，使用的都是合法的八位长号，SIP本地存活服务器会将其变换为内部的四位短号进行处理。
l 当内部用户向外部发起呼叫时，SIP本地存活服务器为主叫号码增加对应的区域前缀，变成合法的八位长号。
通过区域前缀功能，内部用户仅需要使用短号通信即可，呼叫双方中有一方为外部用户时，SIP本地存活服务器都会为该呼叫进行相应的处理，保证通话双方的正常进行。
为了允许外部非注册用户能够通过服务器向内部用户发起呼叫，SIP本地存活服务器还支持可信节点功能。用户可以在将某一IP地址设置为可信节点，即表示来自该IP地址的用户都是可信任的，SIP本地语音服务不会对该用户进行认证处理。
可信节点功能使SIP本地语音服务的处理更加灵活和方便，不必要求所有呼叫用户都必须注册。
主被叫用户通过SIP本地存活服务器建立呼叫之后，如果出现下面情况之一，会导致SIP本地存活服务器无法得知通话已经结束，仍然为这些呼叫保存资源信息。从而造成SIP本地存活服务器资源的损耗，如果这种情况较多，则会导致资源耗尽，不能再为正常用户提供服务。
l SIP本地存活服务器与主被叫用户的通信出现故障。
l 用户恶意攻击，如故意插拔网线，使呼叫释放信息无法正常发出。
为了避免这些问题，SIP本地存活服务器支持会话存活探测功能。SIP本地存活服务器通过定时向通话双方发送会话存活检测信息，确认双方的通话是否还在进行。如果发现任一通话方没有响应SIP本地存活服务器发送的检测请求，则认为呼叫已经结束，进而拆除本次呼叫，以保证SIP本地存活服务器不会因为资源耗尽而中止服务。
语音网关内置的SIP本地存活服务器不仅可以工作在本地存活模式，实现本文前面所述的功能；也可以工作在独立模式。
当工作在独立模式时，就相当于在分支机构中部署了一台小型SIP语音服务器。从而使小型网络中不用单独部署独立的语音服务器，节省了用户投资。
通过修改服务器运行模式，可以实现两种运行模式之间的切换。独立模式与本地存活模式的唯一差别在于独立模式下SIP本地存活服务器无需实时检测总部语音服务器的通信状态，而是一直作为SIP服务器。
为满足实际环境中用户多种多样的需求，SIP本地语音服务器可以为用户提供丰富的功能。
l 支持语音服务器的众多特性，包括注册、认证鉴权、呼叫限制、呼叫路由、区域前缀、会话存活检测以及可信节点等特性，能够满足用户各种复杂多变的组网需求。
l 支持用户端设备发起的基本业务、语音补充业务和传真业务的连续性。
如图3所示，分支机构的SIP本地存活服务器分别连接了IP电话、传真机和模拟电话和软电话。正常情况下，分支机构的终端设备都是通过IP线路注册到总部语音服务器上接受总部的语音服务器的统一管理。分支机构的SIP本地存活服务器运行于本地存活模式，实时检测与总部的IP链路通信状况。
当本地存活服务器检测到与总部的IP链路发生故障时，SIP本地存活服务器会接受分支机构各种终端设备的注册，分支结构所有用户都可以通过该服务器进行各种呼叫业务。当SIP本地存活服务器检测到广域网链路恢复时，将关闭自身的服务器功能，此时分支机构终端设备重新注册到总部的语音服务器上，再次统一接受总部的管理。
如图4所示，分支机构的SIP本地存活服务器作为标准的独立语音服务器使用，分别连接了IP电话、传真机、模拟电话和软电话。所有用户都注册到SIP本地存活服务器上。可通过在SIP本地存活服务器中配置呼叫路由和可信节点实现与外部用户进行通信。
l RFC 2617：HTTP Authentication: Basic and Digest Access Authentication
l RFC3261：SIP: Session Initiation Protocol
l RFC3265：Session Initiation Protocol (SIP)-Specific Event Notification
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