基于SIP的B2BUA服務器設計

莊偉胤　唐余亮

【摘要】 Session Initiation Protocol（SIP）是下一代網絡的核心控制協議，用于在IP數據網絡上建立、改變和結束多媒體會話。SIP服務器作為下一代網絡的核心設備，它的實現就顯得尤為重要。一種方法是代理服務器Proxy，它只在SIP交互時保存狀態，而不是在整個呼叫中維護狀態，這限制了代理服務器更大范圍的應用。另一種方法是背對背的用戶代理（B2BUA，Back-to-Back User Agent）服務器，它在整個呼叫過程中都維護狀態。文章從SIP協議的基本原理出發，利用reSIProcate協議棧實現SIP B2BUA服務器并對其做了壓力測試。

【關鍵詞】 RFC 3261 SIP B2BUA

一、SIP協議

SIP是2001年推出的IETF標準（RFC 3261），用于在IP數據網絡上建立、改變和結束多媒體會話。SIP系統采用C/S模型，定義了服務器和用戶代理。SIP系統的端系統稱為用戶代理（User Agent，UA），包含用戶代理客戶端（User Agent Client，UAC）和用戶代理服務器（User Agent Server，UAS）。UAC負責呼叫的發出，而UAS負責呼叫的接收。

典型的基于Proxy的呼叫過程為：主叫方向被叫方發出INVITE請求消息，開始建立會話。Proxy接收到這條消息時會回復一條100 Trying告訴主叫方消息正在處理，然后INVITE消息經過Proxy路由轉發到被叫方，被叫方回復100 Trying 和180 Ringing響鈴，被叫方接聽回復200 OK，主叫方回復ACK，會話建立。要結束會話時，其中一方發送BYE消息，另外一方回復200 OK。

二、B2BUA服務器介紹

按照RFC 3261中的定義，B2BUA是一個邏輯實體，它就像UAS一樣接收和處理請求。為了決定該如何應答一個請求，B2BUA又像UAC一樣工作，并且發出請求。但是它不像Proxy，它維持對話狀態，并且參與已經建立的對話中的每一個請求。

B2BUA系統主要由三個邏輯單元組成，兩個UA和一個會話控制邏輯單元；邏輯單元之間通過事件進行交互，每一個UA代表著一個狀態機，它從終端接收消息，并根據接收到消息的類型和當前UA的狀態觸發相應事件。而會話控制邏輯單元充當橋梁，它根據自己當前的狀態和每個UA之間的狀態，在UA之間傳遞相應事件。因此，本文使用B2BUA實現SIP服務器。

三、B2BUA服務器設計框架

B2BUA服務器總體設計的框架如圖1所示，設計結構從上到下分為事務用戶層、事務層、傳輸層。傳輸層定義服務器如何接收請求和發送應答。事務層處理應用層的重發、匹配請求的應答以及應用層的超時。在事務層之上是事務用戶，每次它發送一個請求就創建一個客戶事務實例并且和請求一起發送。事務用戶可以創建事務也可以取消事務。

服務器架構中的數據庫存儲本地的用戶信息；WebThread對數據庫進行配置，包括添加刪除用戶等；事務層中的TransactionConTroller負責與事務用戶層進行交互，TransportSeletor負責跟傳輸層的交互；事務用戶層中的Register處理用戶注冊消息，B2B模塊則是B2BUA服務器設計的核心，它負責處理會話的消息，包括會話的建立會話的拆除等。因此，它的合理設計對服務器的性能有很大的影響，所以B2B模塊采用多線程的設計模式，包含兩個線程，一個是MyDUMThread，一個是B2BCallThread。這兩個線程的同步并發處理實現了服務器優越的性能。

四、服務器性能測試

SIPp是一個測試SIP協議性能的工具軟件。它是一個GPL的開放源碼軟件。首先，SIPp包含了一些基本的用戶代理工作流程（UAC和UAS），并可使用INVITE和BYE建立和釋放多個呼叫。統計服務器性能數據，包括：呼叫速率、信號來回的延遲，以及消息統計等。另外，SIPp實現對許多實際的SIP設備的自動測試，如對SIP代理服務器、B2BUA服務器等設備的測試，檢測所開發設備是否達到設計要求，幫助開發人員及時發現設計中存在的問題。

SIP B2BUA的測試環境如圖2所示。服務器的PC機硬件配置是：Intel（R） Xeon（R） CPU E3-1240 v2 @ 3.4 GHz、 2.0 GB的內存物理地址擴展、Broadcon NetXtreme Gigabit Ethernet網卡。操作系統采用Ubuntu 12.04。UAC與UAS處理消息的機制是：UAC給服務器發送INVITE，然后會等待服務器回復的180 Ringing和200 OK，當收到200 OK之后，UAC給服務器發送ACK，此時UAC啟動2000ms定時器，模擬RTP傳輸。2000ms之后，UAC給服務器發BYE。當收到服務器回復200 OK，表明一個完整的會話呼叫建立和終止過程就此結束。而UAS是首先等待服務器發過來的INVITE消息，當接收到INVITE消息時，給服務器回復180 Ringing，再回復200 OK。然后繼續等待服務器發過來的ACK及BYE消息，收到BYE后給服務器回復200 OK，這樣UAS一個完整的呼叫過程建立和結束會話也結束了。最后測得服務器的最大負載是110cps，也就是說服務器可以處理的最大能力是終端每秒鐘110個INVITE消息請求。

五、結論

文章從SIP的基本原理出發，說明Proxy只是事務有狀態的，因此它不具備很多B2BUA服務器的特性，這對實現服務器增值業務功能非常不利。基于這個原因，文章詳細闡述了B2BUA服務器的設計，并對服務器做了測試，證明實現了服務器優越的性能。

參 考 文 獻

[1] J.Rosenberg，H.Schulzrinne，G.Canarillo etal，SIP：session Initiation Protocol，RFC 3261，December，2002

[2] 黃永鋒，李建慶等. 下一代網絡核心控制協議-SIP及其應用[M]. 人民郵電出版社. 2009

[3] Trac.SIP B2BUA[EB/OL].[2012-3-20]. http：//www.b2bua.org/wiki/B2BUADocumentation