SIP 協定詳解

SIP（Session Initiation Protocol）是現在 VoIP 最普遍的信令協定，由 IETF 在 RFC 3261 定義。它是文字型協定，負責多媒體會話的建立、修改和結束——注意，它只管信令，實際的語音媒體是交給 RTP 傳的。

SIP 基本概念

協定特性

SIP 屬於應用層協定，具有以下設計特性：

特性	說明
文字型協定	類似 HTTP，人類可讀，便於除錯
信令與媒體分離	SIP 只處理信令，媒體由 RTP 承載
端對端架構	用戶端具備完整的協定能力
可擴展性	透過標頭擴展支援新功能
傳輸層無關	可使用 UDP、TCP 或 TLS

SIP 網路元件

元件	角色說明
User Agent Client (UAC)	發起 SIP 請求的客戶端
User Agent Server (UAS)	接收並回應 SIP 請求的伺服端
Proxy Server	中繼轉發 SIP 請求，可進行路由決策
Registrar	接受 REGISTER 請求，維護位置資料庫
Redirect Server	回傳替代的 URI，引導 UAC 重新發送請求
Location Service	儲存 UA 的聯繫位址資料庫

Proxy 有兩種模式：Stateful Proxy 會記錄交易狀態，能做分叉（Forking）、重試這類邏輯；Stateless Proxy 只單純轉發，效能高但功能有限。客服中心的 SIP 伺服器通常是 Stateful Proxy。

SIP URI 格式

SIP URI 是 SIP 網路中的定址方式：

sip:user@domain[:port][;parameters][?headers]
sips:user@domain[:port][;parameters][?headers]

常見範例：

URI	說明
`sip:1001@pbx.example.com`	分機 1001
`sip:+886227001234@gw.example.com;user=phone`	E.164 號碼格式
`sips:agent@cc.example.com`	TLS 加密的 SIP URI
`sip:conference@example.com;transport=tcp`	指定 TCP 傳輸

SIP 方法（Methods）

核心方法（RFC 3261）

方法	說明	使用時機
REGISTER	向 Registrar 註冊聯繫位址	UA 開機或定期更新註冊
INVITE	發起會話邀請	撥打電話
ACK	確認最終回應	收到 INVITE 的 2xx/3xx-6xx 回應後
BYE	終止已建立的會話	掛斷電話
CANCEL	取消尚未完成的請求	撥號後對方未接前取消
OPTIONS	查詢對方能力	健康檢查或能力偵測

擴展方法

方法	RFC	說明
SUBSCRIBE	RFC 6665	訂閱事件通知
NOTIFY	RFC 6665	發送事件通知
REFER	RFC 3515	指示對方聯繫第三方（用於轉接）
MESSAGE	RFC 3428	即時訊息
INFO	RFC 6086	在對話中傳送應用層資訊（如 DTMF）
UPDATE	RFC 3311	修改尚未確認的會話參數
PRACK	RFC 3262	對暫時回應的可靠確認

呼叫建立流程

基本呼叫流程

以下為一通標準 SIP 呼叫的信令流程：

     Alice (UAC)          SIP Proxy          Bob (UAS)
         |                    |                   |
         |--- INVITE -------->|                   |
         |                    |--- INVITE ------->|
         |                    |<-- 100 Trying ----|
         |<-- 100 Trying -----|                   |
         |                    |<-- 180 Ringing ---|
         |<-- 180 Ringing ----|                   |
         |                    |<-- 200 OK --------|
         |<-- 200 OK ---------|                   |
         |--- ACK ----------->|                   |
         |                    |--- ACK ---------->|
         |<=============== RTP Media ============>|
         |                    |                   |
         |--- BYE ----------->|                   |
         |                    |--- BYE ---------->|
         |                    |<-- 200 OK --------|
         |<-- 200 OK ---------|                   |

SDP 媒體協商（Offer/Answer）

SDP（Session Description Protocol, RFC 4566）描述多媒體會話的參數，嵌入在 SIP 訊息的 Body 中。

典型的 SDP 內容：

v=0
o=alice 2890844526 2890844526 IN IP4 192.168.1.100
s=Phone Call
c=IN IP4 192.168.1.100
t=0 0
m=audio 49170 RTP/AVP 0 8 18 101
a=rtpmap:0 PCMU/8000
a=rtpmap:8 PCMA/8000
a=rtpmap:18 G729/8000
a=rtpmap:101 telephone-event/8000
a=fmtp:101 0-16
a=ptime:20
a=sendrecv

SDP 欄位說明：

欄位	說明
`v=`	協定版本（固定為 0）
`o=`	會話發起者資訊
`s=`	會話名稱
`c=`	連線資訊（媒體接收的 IP 位址）
`t=`	時間（0 0 表示永久）
`m=`	媒體描述（類型、埠號、傳輸協定、Payload Type 列表）
`a=rtpmap:`	Payload Type 與 Codec 的對應
`a=fmtp:`	格式參數（如 DTMF 事件範圍）
`a=ptime:`	封包時間（毫秒）
`a=sendrecv`	媒體方向（sendrecv/sendonly/recvonly/inactive）

Codec 就是這樣談定的——所謂 Offer/Answer 模型（RFC 3264）：發起方在 INVITE 的 SDP 裡列出自己支援的 Codec（Offer），接收方在 200 OK 裡挑出雙方都有的回覆（Answer），最後用哪個以 Answer 為準。

呼叫轉接流程

SIP 呼叫轉接使用 REFER 方法（RFC 3515）：

諮詢轉接（Attended Transfer）：

A 與 B 通話中
A 按下轉接鍵，B 被保留（re-INVITE with a=sendonly）
A 撥給 C，建立新通話
A 確認 C 接聽後，A 向 B 發送 REFER（Refer-To: C）
B 向 C 發起新 INVITE
A 的兩通通話均終止

SIP 回應碼

1xx 暫時回應（Provisional）

代碼	說明	用途
100	Trying	Proxy 已收到請求，正在處理
180	Ringing	被叫方正在振鈴
181	Call Is Being Forwarded	來電正在轉接中
182	Queued	來電已排入佇列
183	Session Progress	早期媒體（Early Media），常用於播放回鈴音

2xx 成功回應（Success）

代碼	說明	用途
200	OK	請求成功
202	Accepted	請求已接受處理（用於 REFER）

3xx 重新導向（Redirection）

代碼	說明	用途
300	Multiple Choices	多個可選位址
301	Moved Permanently	URI 永久變更
302	Moved Temporarily	URI 暫時變更（常用於呼叫轉接）

4xx 用戶端錯誤（Client Error）

代碼	說明	常見原因
400	Bad Request	SIP 訊息格式錯誤
401	Unauthorized	需要驗證（Registrar 回應）
403	Forbidden	權限不足，拒絕請求
404	Not Found	用戶不存在
407	Proxy Authentication Required	需要 Proxy 驗證
408	Request Timeout	請求逾時
480	Temporarily Unavailable	暫時無法聯繫
486	Busy Here	被叫方忙線
487	Request Terminated	請求被 CANCEL 取消
488	Not Acceptable Here	SDP 協商失敗（無共同 Codec）

5xx 伺服器錯誤（Server Error）

代碼	說明	常見原因
500	Server Internal Error	伺服器內部錯誤
502	Bad Gateway	上游伺服器回應異常
503	Service Unavailable	服務暫時不可用（過載或維護）
504	Server Time-out	上游伺服器無回應

6xx 全域錯誤（Global Failure）

代碼	說明	用途
600	Busy Everywhere	被叫方在所有位置都忙線
603	Decline	被叫方拒接
604	Does Not Exist Anywhere	用戶不存在於任何位置

實務上，客服中心最常撞到的錯誤碼就那幾個：401/407（驗證問題）、408/480（網路或設備不可達）、486（座席忙線）、488（Codec 不匹配）。排障時先抓封包——sngrep 或 Wireshark——把完整信令流程攤開來看，通常比猜快。

SIP 安全性

認證機制

SIP 使用 HTTP Digest 認證（RFC 2617），流程為：

UAC 發送 REGISTER
Registrar 回應 401 + nonce 值
UAC 計算 MD5 摘要，重新發送 REGISTER 帶 Authorization 標頭
Registrar 驗證成功，回應 200 OK

傳輸層加密

方案	說明
SIP over TLS（SIPS）	信令加密，埠號 5061
SRTP	媒體加密（需搭配 SDES 或 DTLS-SRTP）
IPsec	網路層加密，保護所有流量

SIP 常見攻擊與防護

攻擊類型	說明	防護措施
註冊劫持	偽造 REGISTER 替換合法用戶	強制認證 + TLS
INVITE 洪水	大量 INVITE 造成 DoS	SBC 速率限制
竊聽	攔截 SIP/RTP 封包	SIPS + SRTP
盜打	非法使用 SIP Trunk 撥打國際電話	IP ACL + 強密碼 + 通話限制

參考標準

標準	名稱
RFC 3261	SIP: Session Initiation Protocol
RFC 4566	SDP: Session Description Protocol
RFC 3264	Offer/Answer Model with SDP
RFC 3515	SIP REFER Method
RFC 6665	SIP-Specific Event Notification
RFC 3262	Reliability of Provisional Responses (PRACK)
RFC 4733	RTP Payload for DTMF Digits (取代 RFC 2833)

SIP 協定詳解 ​

SIP 基本概念 ​

協定特性 ​

SIP 網路元件 ​

SIP URI 格式 ​

SIP 方法（Methods） ​

核心方法（RFC 3261） ​

擴展方法 ​

呼叫建立流程 ​

基本呼叫流程 ​

SDP 媒體協商（Offer/Answer） ​

呼叫轉接流程 ​

SIP 回應碼 ​

1xx 暫時回應（Provisional） ​

2xx 成功回應（Success） ​

3xx 重新導向（Redirection） ​

4xx 用戶端錯誤（Client Error） ​

5xx 伺服器錯誤（Server Error） ​

6xx 全域錯誤（Global Failure） ​

SIP 安全性 ​

認證機制 ​

傳輸層加密 ​

SIP 常見攻擊與防護 ​

參考標準 ​