基于sip协议的android语音通信加密软件设计本科生毕业论文(编辑修改稿)

基于sip协议的android语音通信加密软件设计本科生毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

发工作的总结和对今后进一步研究方向的展望。 中国科学技术大学本科毕业论文 9 第二章 VoIP技术 第一节 VoIP技术简介 一、 VoIP技术的定义 VoIP技术是 Voice over IP的简称，也就是 IP语音技术。 其根本思想是传送 IP包来实现语音业务。 首先在发送端对模拟语音信号进行采样、量化、压缩编码，然后将语音数据封装成 IP包，通过 IP网络发送到接收端，再进行解包和解压缩，还原模拟信号，以实现语音通信。 VoIP技术的出现，使语音业务在数据网上实现连续而高效的传输成为可能。 它提供了一种强大而又经济的通信手段，能更合理地利用网络资源，降低了语音业务成本，因此在全球范围内得到了迅速的发展。 二、 IP电话与传统电话的区别与优势 IP电话与传统电话的主要区别是传输媒介和交换方式。 IP电话利用 inter进行传输，而传统电话则使用公共交换电话网络（ PSTN）； IP电话的交换方式是分组交换，而传 统电话则使用电路交换。 分组交换技术使得 IP电话在有信息时才传送数据，无信息时不传输数据，并且在使用压缩技术后，能使用远低于传统电话所需的网络带宽来实现传输，传统电话技术通常需要 64kbit/s以上的带宽，而分组语音需要的带宽往往不到 10kbit/s。 IP电话都是智能终端， IP网络也是开放式网络，因此很容易快速推出新 业务；而 PSTN结构复杂、设备固定，因而补充新业务复杂。 三、 VoIP的三种主流协议 鉴于 VoIP的诸多优势，越来越多的个人、公司和科研机构开始发展和完善VoIP技术及相应标准。 其中，最有影响力的两个组织为国际电联电信分会（ ITUT)和 Inter工程任务组（ IETF），这两个组织制定了不同的 VOIP协议标准。 目前在 VoIP中使用较多的是音视频协议 、信令控制协议 SIP、及媒体网关控制协议 MGCP这三种主流协议，下表列出了这三种协议的简单比较 中国科学技术大学本科毕业论文 10 表 21 VoIP主流协议比较 SIP MGCP 拟定组织 ITUT IETF IETF 架构 P2P P2P 主从式 设计对象 ISDN及 ATM Inter Gateway 复杂度 高 低 中 扩展性 低 高 中 编码方式 二进制编码 基于文本编码 基于文本编码 在本文中，基于 Android的 VoIP语音通信客户端的实现是基于 SIP协议的。 第二节 VoIP的关键技术 一、语音编码压缩技术 IP电话中的语音处理主要解决在 IP网络环境中，在保证语音质量的前提下，尽可能地降低编码比特率，这就是语音压缩编码技术。 本文 VoIP客户端软件的安全性设计并未涉及到语音编码压缩技术，直接利用了开源协议栈的代码实现。 二、信令技术 在 IP电话中，仅仅利用语音编码来保证语音质量是不够的，这也并非 VoIP技术的难点。 关键是分组语 音应用要求某地的呼叫者连接至同样使用其拨号标准的语音代理，并将呼叫转发到可以访问其它语音代理的用户组，这就需要信令技术 —— 一项鉴别呼叫方所要呼叫的对象和定位呼叫方在网络中的位置的技术。 信令技术被用以创建、修改和结束一个或多个参与者参加的会话进程，其目的是实现一个完整的呼叫过程。 在分组语音网络中的信令有两种。 一 种是外部信令，存在于普通语音网络中的语音代理和该代理服务的语音设备，遵循电话标准。 另一种信令在语音代理之间传输，称为内部信令。 这种内部信令通过传输网络标准或语音代理本身的标准实现。 内部信令提供了连接控制和呼叫处理（或状态信息）两种功能。 连接控制信令用于建立语音代理之间传输语音分组的联系或通道。 呼叫处理（或状态信息）信令在语音代理之间发送呼叫状态，如振铃、忙音等。 中国科学技术大学本科毕业论文 11 在分组语音网络的传输模式中，内部信令最初是用于避免在网络中维持用来支持所有可能呼叫的永久连接，这样，该传输模式中的内部信令就隶属于分配带宽固定的 连接网络。 对无连接网络中的分组语音应用而言，永久连接并不存在，进行语音业务时双方的语音代理只需要彼此定位。 在分组语音网络的转换模式中，信令的作用是通过拨号规则判断目标代理是否存在，如果存在就将分组流发送至该代理。 但网络中往往存在多种语音代理，连接种类的多样性使得语音代理无法为每个语音业务建立通道。 单独的传输网络方案，如 ATM、帧中继和 IP都拥有独立的信用标准。 ATM的标准为 ，帧中继分组语音信令为。 这些标准规定用户在不同的传输网络使用相对应的特殊分组语音代理。 在 IP分组语音网络中采 用的内部信令（包括连接和呼叫处理）标准主要有两种，即 ITUT提出的 IETF制订的 SIP协议。 中国科学技术大学本科毕业论文 12 第三章 SIP协议分析 第一节 SIP协议概述 一、 SIP协议简介 信令控制协议 SIP(Session Initiation Protocol)是由 IETF提出的会话控制协议，负责建立和管理两个或多个用户间的会话连接，是 IETF多媒体数据和控制体系中的核心协议。 SIP借鉴了超文本传输协议（ HTTP），简单邮件传输协议（ SMTP）这两个互联网最成功的应用层协议，具有简单、开放、灵活的特点。 SIP协议可用来创建、修改以及终结多个参与者参加的多媒体会话进程，会话成员可以使用组播、单播或者两者结合的形式进行通信，同时也支持重定向服务，便于实现综合业务数字网，智能网和个人移动业务。 二、 SIP起源与发展 SIP最早是由 Henning Schulzrinne 和 Mark handley于 1996年所设计，当初设计的目标之一是实现类似 PSTN中提供呼叫处理功能的扩展集，来完成类似普通电话的各种操作：拨号、振铃、回铃音等。 随着网络技术的发展，如今 SIP已被用来提供跨越 inter的高级电话业务。 IP电 话正在演变为一种正式的商业电话模式， SIP协议就是支持这种演进的协议簇中重要的一员。 SIP的发展大致可分为四个阶段： 1996年， SIP的概念首先被提出，但只能处理会话的建立，用户一旦加入会话，信令就会终止，因此也无法实现对会话的中间控制。 1999年 3月， IETF的多方多媒体会晤控制工作组（ mmusic）提出了 RFC2543建议。 20xx年 7月，已经从 mmusic中分离出来的 SIP工作组发表了 SIP的草案。 20xx年 6月， IETF的 SIP工作组又发表了 RFC3261建议，取代了 RFC2543. 从 SIP的发展来看，协议首次被提出的时候，受限于当时的网络环境及多媒体技术的不足，协议仅仅针对文本应用。 随着技术的发展，并通过和 IETF中其他工作组如 IP电话工作组（ iptel）、 IP网中电话选路工作组（ trip）等的配合，在SIP协议中大大加强了对多媒体通信的支持。 而 3GPP使用了 SIP标准来支持语音中国科学技术大学本科毕业论文 13 和数据， SIP协议得到了进一步的发展。 SIP可以对语音进行很好的优化，并且由于它的可编译性，使移动业务能更好地面对灵活性和多样性的挑战。 三、 SIP协议功能 SIP在建立和维持终止多媒体会话协议上，支持 5个方面： 用户定位：检测终端用户的位置，用于通讯。 用户有效性：鉴定用户参与会话的意愿。 用户能力：检查媒体的参数。 建立会话：建立会话，参数在呼叫方和被叫方。 会话管理：包括发起和终止会话，修改会话参数，激活服务等等。 SIP本身并不提供服务，却可以和其他 IETF协议一起工作，来提供完整的对终端用户的服务和构造完整的多媒体架构。 但是基本的 SIP协议的功能组件并不依赖于这些协议。 安全对于提供的服务来说特别重要。 要达到理想的安全程度， SIP提供了一套安全服务，包括防止拒绝服务，认证服务（用户到用户，代理到用户），完 整性保证，加密和隐私服务。 SIP可以基于 IPV4也可以基于 IPV6。 第二节 SIP基本原理分析 一、 SIP协议要素 SIP定义的要素是逻辑上的要素，不是物理要素。 一个物理的实现可以包含不同的逻辑要素。 按照逻辑功能分， SIP系统由五种要素组成：用户代理客户机（ UAC）、用户代理服务器 (UAS)、代理、重定向服务器及注册服务器。 1. 用户代理客户机（ User Agent Client）：用来发起 SIP请求的客户程序。 （ User Agent Server）：收到 SIP请求后负责与用户联系并代表用户回送响应的服务程序。 该响应可以表示接受、拒绝或重定向请求消息。 一般与 UAC一起组成用户代理存在于用户终端中。 （ Proxy）：既充当服务器又充当客户机的媒介程序，是 SIP系统中最重要的网络功能实体，主要提供路由功能。 用户的 SIP请求和响应可以直接被代中国科学技术大学本科毕业论文 14 理服务器处理或遵循相应网络策略转发给对应的服务器，并根据收到的应答对用户做出响应。 代理服务器在转发之前要对消息进行解析 ，必要时还会改写请求。 代理服务器分为有状态（ Stateful）和无状态（ Stateless）两种类型，它们之间的区别是有状态 代理服务器会记住它接收的入请求，回送的响应以及它转送的出请求，无状态代理服务器一旦转发请求后就忘记所有的信息。 无状态代理服务器位于网络核心，处理大量请求，负责重定向等工作，不必追踪记录一个会话的全过程。 而位于网络边缘的有状态代理服务器，处理局部有限数量的用户呼叫，负责对每个会话进行管理和计费，需要追踪一个会话的全过程。 无状态代理服务器是SIP结构的骨干，处理速度最快。 有状态代理服务器是离用户代理最近的本地设备，它控制用户域并且是应用服务的主要平台。 （ Redirect Server）：是实现 呼叫重定向的逻辑实体。 它接收用户代理的 SIP呼叫请求，通过服务器中配置的策略和对定位服务器的查询将其地址映射成新地址返回给用户，以指示用户代理将呼叫重定向到其它目的地，来实现对呼叫的灵活控制。 与代理服务器不同，它不发出自己的 SIP请求；与用户助理服务器不同，它不接受呼叫。 （ Registrar）：是完成用户代理注册 /注销功能的逻辑实体。 它接收其管辖范围内的用户代理的注册请求，将用户代理的地址信息添加到定位服务器中，完成用户地址的注册。 常与代理或重定向服务器在同一位置，可以提供定位服务。 可以看出，用户终端程序往往需要包括 UAC和 UAS，而代理服务器、重定向服务器和注册服务器可以看成是公众性的网络服务器。 值得注意的是，在 SIP中还经常提到定位服务的概念。 但 SIP协议不规定 SIP服务器如何请求定位服务，定位服务器也不属于 SIP服务。 定位服务（ Location Service）： SIP重定位服务器或代理服务器用来获得被叫位置的一种服务，可由定位服务器提供。 中国科学技术大学本科毕业论文 15 二、 SIP协议结构 从网络分层结构看， SIP 处于网络传输层之上。 SIP 本身又由若干层组成，它们从下到上分别是：传输层、事务层以及事务用户层。 如图 31所示 SIP 事务用户层 事务层 传输层 UDP/TCP IP 链路层 物理层 图 31 SIP分层结构 第一层是传输层。 它定义了一个客户端如何发送请求和接收应答，以及一个服务器如何接收请求和发送应答。 所有的 SIP要素都包含传输层。 第二层是事务层。 事务是 SIP的基本组成部分。 一个事务指的是从客户机发送请求到一个服务器开始，直到服务器的所有对该请求的应答发送回客户端为止的整个过程。 事务层处理应用层的重发，匹配请求的应答，以及应用服务层的超时。 任何一个用户代理完成的事情都是由一组事务构成的。 事务层包含客户机元素和服务器元素。 用户代理和有状态代理服务器均包含一个事务层，无状态代理服务器则不包含事务层。 第三层是事务用户。 每个 SIP实体都是一个事务用户。 当事务用户发出一个请求，它首先创建一个客户事务实例和请求一起发送，包括目标 IP地址、端口号以及发送请求的设备。 事务用户 既能创建事务，也能取消事务。 当客户机取消一个事务，就请求服务器终止正在处理的事务，回滚到该事务开始前状态，并产生该事务的错误报告。 这是由 CANCEL请求（将在后文提到）完成的，这个请求有自己的事务，并且包含一个被取消的事务。 中国科学技术大学本科毕业论文 16 将 SIP作为一个分层协议来描述，只是为了能够更清晰的表达，各层次之间只有松散的关系，并没有规定一个具体的实现。 因此一个要素”包含”某一个层，指的是这个要素要符合这个层定义的规则，而非每个要素都一定包含每一个层。 三、 SIP的用户定位功能 SIP通过 Email地址形式来标明用户地址。 一 个终端用户通过一个唯一的URL来标识自己的身份。 SIP URL用于 SIP消息中，包括请求的发起者（ From）、当前目的地（ RequestURI）和最终接收者（ To）以及指定重定向地址（ Contact）。 SIP URL也可以嵌入 WEB页面或其它超链接表示某个用户或服务可以使用 SIP服务器访问。 此外， SIP在设计上也充分考虑了对其它协议的可兼容性。 它支持多种寻址地址描述，例如用户名 @主机地。