SIP Call Flow - Registration
Session Initiation Protocol (SIP) registration 注册的过程是将 IP 地址和当前用户的公共用户ID(Public user ID：SIP URI (uniform resource identifier)) 绑定的过程。
SIP (Session Initiation Protocol) 绑定的过程
- UE 发送 Register 到 P-CSCF
- I-CSCF 选择对应的S-CSCF
- S-CSCF到HSS (Home Subscriber Server) 下载用户鉴权数据
- UE和P-CSCF开启安全机制
- UE和网络(S-CSCF)相互认证
- UE 和P-CSCF间建立 IP Security(IPSec)连接
- UE和P-CSCF间开启SIP 压缩
- UE学习到S-CSCF的路由
- S-CSCF学习到UE的路由
- S-CSCF从HSS下载当前用户的profile
- UE确定进入注册状态
- P-CSCF确定当前用户进入注册状态
SIP Registe Flow
手机发现P-CSCF
当是手机建立PDP Context时会将P-CSCF的IP地址告诉手机。
第一次 Register交互
UE Abc 发送Register 通过P-CSCF转发到 S-CSCF，图中的 Register (1)-(3)
消息解析
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[Method]/[Request-URI]
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REGISTER sip:home1.fr SIP/2.0
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(提供服务的domian name), SIP 2.0
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[Via]
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(1) SIP/2.0/UDP [5555::1:2:3:4];
branch=0uetb
(2) SIP/2.0/UDP sip:pcscf1.visited1.fi;branch=0pctb
(3) SIP/2.0/UDP sip:icscf1.home1.fr;branch=0ictb |
它是在传输过(Transport)程中
使用的一个header，用来指示Response将会被发到哪里。Via的构成中包含了协议名和版本及传输的协议(SIP/2.0/UDP)，Via中必须包含一个branch参数，它用来标识由这个请求所创建的事务
(Transaction) 。在消息转发的过程中，会将路由信息添加到Register的Via中。
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[Route]
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sip:[5555::a:f:f:e];lr
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强制请求信息经过指定的代理进行发送。
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[
Max-Forwards]
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70
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在SIP消息中用来限制代理或网关对消息转发的次数，它的范围是(0-255)。
所以在转发的过程中它的值分别是70,69,68.
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[From]
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对这次注册负责的人的地址。tag是与
Call-ID一起使用来标识Dialog的。 因为是发起一个请求，所以只有From有tag参数， To并没带tag 参数。
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[To]
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包含将要被注册的地址
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[Contact]
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<sip:[5555::1:2:3:4]>;expires=600000
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保存着将要绑定的地址和超时时间，单位是秒
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[
Call-ID
]
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apb03a0s09dkjdfglkj49111
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Call-ID用来标识一个Dialog，
UAC到特定的Register中，注册消息中的Call-ID是一样的。否则在注册的Server端，它无法检测是否有乱序的Register消息。
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[
CSeq
]
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25 REGISTER
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用来保证Register 请求的消息顺序，手机必须对有相同Call-ID的Register 消息中的CSeq进行递增。
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这里关于Dialog 和 Transaction(Via:branch和Call-ID)，REGISTER Request从UE发出到达 S-CSCF经历了两次转发，但他们属于同一个Dialog，
所以使用的Call-ID是一样的，但从传输的角度来看，从UE到P-CSCF，P-CSCF到I-CSCF，以及I-CSCF到S-CSCF，他们经历的传输过程是不一样的
所以使用了一个 Via:branch 来区分不同的传输的过程。
当完成第一次 Register过程后，S-CSCF要求手机进行认证，发起第二次Register过程。
在第二个Register消息中 Call-ID会更新为新的ID，表示它与第一个Register已经不是同一个Dialog了。
S-CSCF收到的Register 消息
REGISTER sip:home1.fr SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP sip:icscf1.home1.fr;
branch=3ictb
Via: SIP/2.0/UDP sip:pcscf1.visited1.fi;
branch=2pctb
Via: SIP/2.0/UDP [
5555::a:b:c:d];
branch=1uetb
Route: sip:scscf1.home1.fr;lr
Max-Forwards: 68
To: <sip: [email protected]
>
Contact: <sip:[5555::1:2:3:4]>;expires=600000
Call-ID:
apb03a0s09dkjdfglkj49222
CSeq:
47 REGISTER
Content-Length: 0
如果S-CSCF鉴权成功，它会将User ID [email protected] 与 Contact <
5555::a:b:c:d> 绑定在一起，绑定期限为600000秒。
S-CSCF 返回 200 OK 消息
SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP icscf1.home1.fr;branch=3ictb
Via: SIP/2.0/UDP pcscf1.visited1.fi;branch=2pctb
Via: SIP/2.0/UDP [5555::1:2:3:4]:1357;branch=1uetb
From: <sip: [email protected]>;tag=ulkomaa
To: <sip: [email protected]>;
tag=kotimaa
Contact: <sip:[
5555::a:b:c:d]>;expires=600000
Call-ID:
apb03a0s09dkjdfglkj49222
CSeq: 47 REGISTER
Content-Length: 0
SIP Register 的鉴权过程 （Authentication）
在UE 注册到网络的过程中鉴权分为两个部分
- UE和网络间的鉴权
- UE和P-CSCF间的鉴权 （IPSec）
IMS 鉴权主要是基于 shared secret 和一个 sequence number (SQN)，分别保存在HSS(Home Subscriber Server) 和 手机卡中。
HSS并不直接和手机通信，所以S-CSCF会从HSS下载手机相关的鉴权参数
Authentication Vector (AV) ：
- a random challenge (RAND);
- the expected result (XRES);
- the network authentication token (AUTN);
- the Integrity Key (IK); and
- the Ciphering Key (CK).
这些参数使S-CSCF在不知道 shared secret 和 SQN的情况下进行鉴权。
为了触发鉴权的过程，S-CSCF会对UE的第一个Register返回 401 Unauthorized（包含
RAND, the AUTN, the IK and the CK
），要求UE进行鉴权。
在P-CSCF中，它会去掉401中的 IK和CK，并将401发给手机。IK用来在接下来的过程中在UE和P-CSCF间建立完整性保护的。
S-CSCF ---> P-CSCF
SIP/2.0 401 Unauthorized
WWW-Authenticate: Digest realm="home1.fr",
nonce=A34Cm+Fva37UYWpGNB34JP,
algorithm=AKAv1-MD5,
ik="0123456789abcdeedcba9876543210",
ck="9876543210abcdeedcba0123456789"
P-CSCF删除了 ik 和 ck
P-CSCF ---> UE
SIP/2.0 401 Unauthorized
WWW-Authenticate: Digest realm="home1.fr",
nonce=A34Cm+Fva37UYWpGNB34JP, algorithm=AKAv1-MD5
UE对于鉴权的响应
- verifies the AUTN ： 根据 share secret 和 SQN 手机验证网络是否是合法的。
- calculates the result (RES)： 根据 shared secret 和收到的 RAND 计算 RES
- calculates the IK：计算后在 P-CSCF 和 UE 见使用
计算完成后UE发送
第二个Register到S-CSCF，S-CSCF会比较 手机计算的
RES 和从HSS得到的XRES，来判断手机是否合法。
UE ---> P-CSCF
REGISTER sip:home1.fr SIP/2.0
Authorization: Digest username=" [email protected]",
realm="home1.fr",
nonce=A34Cm+Fva37UYWpGNB34JP,
algorithm=AKAv1-MD5,
uri="sip:home1.fr",
response="6629fae49393a05397450978507c4ef1"
P-CSCF --->
S-CSCF
REGISTER sip:home1.fr SIP/2.0
Authorization: Digest username=" [email protected]",
realm="home1.fr",
nonce=A34Cm+Fva37UYWpGNB34JP,
algorithm=AKAv1-MD5,
uri="sip:home1.fr",
response="6629fae49393a05397450978507c4ef1",
integrity-protected="yes"
到这里鉴权成功。
SIP (Session Initiation Protocol) SUBSCRIBE
Subscribe的作用：
- 手机向网络侧订阅资源
- 请求资源的版本信息
- 当资源信息发送变化时，网络通知手机
信令过程
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[Method]/[Request-URI]
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这里Request-URI是订阅
目标的ID。
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[Via]
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(1) SIP/2.0/UDP [5555::1:2:3:4];
branch=04uetb
(2)
Via: SIP/2.0/UDP pcscf1.visited1.fi
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它是在传输过(Transport)程中使用的一个header，用来指示Response将会被发到哪里。Via的构成中包含了协议名和版本及传输的协议(SIP/2.0/UDP)，Via中包含一个
branch参数，它用来标识由这个请求所创建的事务
(Transaction) 。在消息转发的过程中，会将路由信息添加到Register的Via中。
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[Route]
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<sip:[5555::a:b:c:d]:7531;lr>
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强制请求信息经过指定的代理进行发送。
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[From]
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对这次订阅负责的人的地址。tag是与Call-ID一起使用来标识Dialog的。 因为是发起一个请求，所以只有From有tag参数， To并没带tag 参数。
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[To]
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<sip: [email protected]>
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订阅的目标地址
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[P-Preferred-Identity]
rfc3455
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P-Preferred-Identity头域被用在用户端末和受信任的代理之间，用来传输用户信息。在信任域之间发送消息，代理服务器收到了P-Preferred-Identity，该值作为服务器可参考值，
可在被插入后续的P-Asserted-Identity包头域中，P-Preferred-Identity值。
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[P-Asserted-Identity]
rfc3455
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<sip:pcscf1.visited1.fi>
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P-Asserted- Identity，即确认的公有身份，当这个消息被路由到被叫的时候，被叫可以通过读取P-Asserted-Identity中的信息，来显示主叫的公有身份
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[Event] (rfc3265/3680)
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reg
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Event package name=reg，表示希望Notifier返回关于 Registration的信息
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[Contact]
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<sip:[5555::1:2:3:4]:1357>
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保存着绑定的地址
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[Expires]
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600000
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标识了订阅的时间。
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[Accept]
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application/reginfo+xml
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标识了消息内容的格式。 |
S-CSCF --> UE 返回 NOTIFY
NOTIFY sip:[5555::1:2:3:4]:1357;comp=sigcomp SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP scscf1.home1.fr;branch=nosctb
Via: SIP/2.0/UDP pcscf1.visited1.fi:7531;branch=nopctb
From: "abc" <sip: [email protected]>;tag=peruna
To: "abc" <sip: [email protected]>;tag=sipuli
Subscription-State: active;expires=599999
Event: reg
Content-Type: application/reginfo+xml
Contact: <sip:scscf1.home1.fr>
Content-Length: (...)
<?xml version="1.0"?>
<reginfo xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:reginfo" version="1" state="partial">
<registration aor="sip:[email protected]" id="a1" state="active">
<contact id="15" state="active" event="registered">
sip:[5555::1:2:3:4]
</contact>
<contact id="20" state="active" event="registered">
sip:[5555::171:171:172:173]
</contact>
</registration>
</reginfo>
S-CSCF --> UE 返回 NOTIFY
NOTIFY sip:[5555::1:2:3:4]:1357;comp=sigcomp SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP scscf1.home1.fr;branch=nosctb
Via: SIP/2.0/UDP pcscf1.visited1.fi:7531;branch=nopctb
From: "abc" <sip: [email protected]>;tag=peruna
To: "abc" <sip: [email protected]>;tag=sipuli
Subscription-State: active;expires=599999
Event: reg
Content-Type: application/reginfo+xml
Contact: <sip:scscf1.home1.fr>
Content-Length: (...)
<?xml version="1.0"?>
<reginfo xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:reginfo" version="1" state="partial">
<registration aor="sip:[email protected]" id="a1" state="active">
<contact id="15" state="active" event="registered">
sip:[5555::1:2:3:4]
</contact>
<contact id="20" state="active" event="registered">
sip:[5555::171:171:172:173]
</contact>
</registration>
</reginfo>