论文：SIP协议系统模型的形式化研究

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1、SIP协议系统模型的形式化研究0引言随着通信技术的快速发展，网络通信技术的要求不断提高，在通信技术中具有决定作用的通信协议的功能也不断完善且更加复杂。ITU・T的乙100建议SDL(SpecificationandDescriptionLanguage)语言可以定义通信办议的分层结构和协议各部分间的相互联系及接口，使用SDL语言描述、分析通信协议，能够提高通信软件开发效率和可靠性。SIP(SessionInitiationProtocol)是由IETF提出的在IP网络上进行多媒体通信的控制层I■办议，SIP被描述为用来生成、修改和终结一个或多个参与者Z间的会话。该文

2、首先总结SIP协议系统结构，然后采用SDL来描述SIP协议的系统模型，并对一些特殊情况进行了模拟，验证了SIP协议形式化描述的正确性。1SIP协议结构1.1SIP系统组成从结构和功能上划分，SIP系统分为两个部分：SIP客户端(SIPClients)和SIP服务器(SIPServers)oSIPClients主要指用户代理UA(UserAgent),它可以细划为2个部分：用户代理客户端UAC(UserAgentClient),主要用来发起SIP请求；用户代理服务器(UserAgentServer),其作用是：当一个SIP请求收到的时候联系用户并做出基于用户的响应。S

3、IPServers主耍包括注册服务器RS(RegistrarServer),用来处理来自UAC的请求注册用户的位置信息；代理服务器PS(ProxyServer),它是一种中介设置，主要用来接收一个客户端的请求并继续向前传递该请求，基本上，代理服务器接收SIP消息，然后传发到下一个SIP服务器，代理服务器也可以提供一些机制，例如鉴权、授权、网络接口控制、路由、传播的可靠性及安全性等问题；重定向服务器ReS(RedirectServer),用来给用户提供下一跳的信息或消息应该经过的跳数，使用户可以直接联系下一跳或直接和目标客户端联系。另外，在一个扩展的SIP系统中，SI

4、P服务器还包括LDAP(LightweightDirectoryAccessProtocol)服务器、位置服务器LS(LocationServers)>数据库服务器(DatabaseServers)>XML服务器(ExtensibleMarkupLanguage)等。1.2典型SIP系统SIP系统分为四种类型结构：SIP注册结构在此系统结构中包含两个实体：UA和RS,用户代理需要在RS上进行注册以确定自己的身份，把自己连入网络。SIP端到端结构在此系统结构屮包含两个对等实体：UA1和UA2,它是双方直接进行通信的简单实例。代理模式结构在此系统结构中包含四个实体：两个

5、UA,LS和PS,UA1向PS发出会话请求，然后PS向LS查询UA2的信息并向UA2发岀会话请求，UA2向PS回复确认信息，PS给UA1冋复确认信息，UA1向给UA2发确认信息，然后开始通话，任何一方可终止会话，并给对方发出终止消息。重定向模式结构在此系统结构中包含四个实体：两个UA,LS和PS,UA1向PS发出会话请求，然后PS向LS查询UA2的信息，PS给UA1回复UA2的信息，UA1给UA2发会话邀请信息，UA2给UA1发确认信息，然后开始通话，任何一方可终止停止会话，并给对方发出终止消息。2SIP协议系统模型的形式化描述SDL语言能够对协议提供规范的、无二异

6、性的描述，用它来描述复杂协议系统的结构可以保证协议描述的止确性和可靠性。用SDL语言描述的系统一般包描4个等级：系统，功能块，进程和代码段。在进程中用扩展状态机详细地描述系统的动态行为，利用时间和定时器描述不同功能块之间通信接口的抽象模型利用信道信号描述通信的处理过程。2.1SIP协议主要系统模型SIP协议使用广泛，由它本身组成的系统或与其他协议组成的通信系统比较多，由于篇幅冇限，仅列岀SIP代理系统模型。在SIP代理系统模型中，其主要功能块分为UA,PS和LSo其中UA组件是会话客户端，是用来发起会话请求、接受请求并冋复、进行通话的实体；PS用來转发UA的请求和回

7、复及向LS查询位置信息并结合会话请求回复邀请的客户端，另外还提供一些其他的服务代理等；LS主要提供UA的位置信息，如图1所示。ffl1SIP代理系统模型2.1SIP协议系统模型主要功能块在SIP系统模型中，主要包含UA功能块，PS功能块，LS功能块，RS功能块等。由于篇幅有限，仅列出UA功能块和PS功能块的形式化工作。2.2.1SIPUA功能块SIPUA功能块包含四个进程块，事务处理控制进程通过保持一系列SIP命令和回应列表命令进行事务处理的管理，当SIP命令被发往其他组件时，它通过给时间控制进程发送一个时间开始消息启动一个定时器。当收到由它发出的SIP命令的其