操作系统:debian8.5_x64
freeswitch 版本 : 1.6.8

本文仅描述sip注册的简单场景,即话机直接向处于同一个局域网的fs进行注册。

SIP协议的消息结构

消息框架

SIP协议是基于文本的协议,SIP协议的消息都遵从一个统一的消息结构: 起始行(Start-Line)、一个或多个头域(Message-Header)、表明域结束的空行(CRLF),以及 可选的消息体(Message-Body)

Start-Line

* Message-Header

CRLF

[Message-Body]

消息头结构

SIP协议定义了大量的消息头域,但在一个基本SIP请求中至少应该包含以下几个消息体头域:

From : 请求发起端地址
To : 请求目的端地址
Call-ID : 呼叫标识
Contract :联系人信息
CSeq : 消息序号
Max-Forward :TTL,防止死循环
Via : 消息转发记录
Content-Length : 消息体长度

消息体结构

SIP协议并没有规定消息体的结构,对消息体的应用完全取决于应用自身。

sip协议REGISTER请求格式

  REGISTER sip:{remote_ip} SIP/2.0
Via: {viaInfo}
Max-Forwards:
From: {uacInfo}
To: {uasInfo}
Call-ID: {call_id}
User-Agent: {uaInfo}
CSeq: {csnum}
Contact: {contractInfo}
Expires: {expireSeconds}
Authorization: {authInfo}
Content-Length: {msgBodyLength}
  • 第1行的REGISTER表示这是一条注册消息
  • 第2行的via表示sip消息的路由
  • 第3行指出消息最多可以转发多少次,防止死循环
  • 第4行至第9行参考前面的消息头结构
  • 第10行说明本次注册的有效期,单位为秒
  • 第11行是sip认证信息,发送第一次sip register 请求时没有该字段
  • 第12行sip消息体的长度,一般为0

注册流程

终端向服务器发送REGISTER请求

sip消息示例:

REGISTER sip:192.168.168.85 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.168.168:;branch=z9hG4bK-d87543-1a71103b47634958---d87543-;rport
Max-Forwards:
Contact: <sip:@192.168.168.168:;rinstance=196b0ce810f2e6f5>
To: ""<sip:@192.168.168.85>
From: ""<sip:@192.168.168.85>;tag=2d1fbf20
Call-ID: ZTRiYTBhZmVlYTM1ZDkxOWQ3OWNkNjkwMmYxMWI5Yjk.
CSeq: REGISTER
Expires:
Allow: INVITE, ACK, CANCEL, OPTIONS, BYE, REFER, NOTIFY, MESSAGE, SUBSCRIBE, INFO
User-Agent: eyeBeam release 1010f stamp
Content-Length:

服务器回复401,并给出WWW-Authenticate信息

sofia协议栈:
tport :
tport_recv_event
=> tport_deliver
nta :
agent_recv_request
=> agent_aliases
nua :
nua_stack_process_request sofia 应用层:
sofia_reg_handle_sip_i_register
=> sofia_reg_handle_register_token
=> sofia_reg_auth_challenge (回复401)

sip消息示例:

SIP/2.0  Unauthorized
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.168.168:;branch=z9hG4bK-d87543-1a71103b47634958---d87543-;rport=
From: "" <sip:@192.168.168.85>;tag=2d1fbf20
To: "" <sip:@192.168.168.85>;tag=m6ecFK1Fy3F0a
Call-ID: ZTRiYTBhZmVlYTM1ZDkxOWQ3OWNkNjkwMmYxMWI5Yjk.
CSeq: REGISTER
User-Agent: FreeSWITCH-mod_sofia/1.6.+git~20160505T153832Z~99de0ad502~64bit
Allow: INVITE, ACK, BYE, CANCEL, OPTIONS, MESSAGE, INFO, UPDATE, REGISTER, REFER, NOTIFY, PUBLISH, SUBSCRIBE
Supported: timer, path, replaces
WWW-Authenticate: Digest realm="192.168.168.85", nonce="d54e4bb9-fc22-4e08-8b69-442e1b8774eb", algorithm=MD5, qop="auth"
Content-Length:

终端再次向服务器发送REGISTER请求,并携带认证信息

REGISTER sip:192.168.168.85 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.168.168:;branch=z9hG4bK-d87543-6371fe0e115be271---d87543-;rport
Max-Forwards:
Contact: <sip:@192.168.168.168:;rinstance=196b0ce810f2e6f5>
To: ""<sip:@192.168.168.85>
From: ""<sip:@192.168.168.85>;tag=2d1fbf20
Call-ID: ZTRiYTBhZmVlYTM1ZDkxOWQ3OWNkNjkwMmYxMWI5Yjk.
CSeq: REGISTER
Expires:
Allow: INVITE, ACK, CANCEL, OPTIONS, BYE, REFER, NOTIFY, MESSAGE, SUBSCRIBE, INFO
User-Agent: eyeBeam release 1010f stamp
Authorization: Digest username="",realm="192.168.168.85",nonce="d54e4bb9-fc22-4e08-8b69-442e1b8774eb",uri="sip:192.168.168.85",response="c46ae8e7eaa2ee63a1d61bf575d8c395",cnonce="71c1997e810fc38b53b97fbb33dc8b1e",nc=,qop=auth,algorithm=MD5
Content-Length:

服务器认证后回复200

fs处理过程描述

sofia协议栈:

tport :
tport_recv_event
=> tport_deliver
nta :
agent_recv_request
=> agent_aliases
nua :
nua_stack_process_request

sofia应用层:

sofia_reg_handle_sip_i_register
=> sofia_reg_handle_register_token
=> sofia_reg_parse_auth (执行认证操作) for_the_sake_of_interop标签附近

认证成功后发送200 OK给客户端。

认证算法描述

具体的认证过程可以参考sofia_reg_parse_auth函数,这里描述下sip注册的认证算法。
sip注册认证使用的是www-authenticate认证算法,具体可参考RFC2617文档。下面进行简单的描述

对用户名、认证域(realm)以及密码的合并值计算 MD5 哈希值,结果称为 HA1。
对HTTP方法以及URI的摘要的合并值计算 MD5 哈希值,例如,"REGISTER" 和 "sip:192.168.1.80",结果称为 HA2。
对 HA1、服务器密码随机数(nonce)、请求计数(nc)、客户端密码随机数(cnonce)、保护质量(qop)以及 HA2 的合并值计算 MD5 哈希值。结果即为客户端提供的 response 值。 response 值由三步计算而成。当多个数值合并的时候,使用冒号作为分割符。

计算HA1

HA1 = MD5(A1) = MD5(username:realm:password)

计算HA2

如果qop值为"auth"或未指定,那么HA2为

    HA2 = MD5(A2) = MD5(method:digestURI)

如果qop值为"auth-init",那么HA2为

    HA2 = MD5(A2) = MD5(method:digestURI:MD5(entityBody))

计算response

如果qop值为"auth"或"auth-init",那么response为

    response = MD5(HA1:nonce:nonceCount:clientNonce:qop:HA2)

如果qop未知道,那么response为

    response = MD5(HA1:nonce:HA2)

sip注册涉及数据库

  • sip_authentication
  • sip_registrations

注册过程模拟

python模拟注册过程

#! /usr/bin/env python
#-*- coding:utf-8 -*- # sip reg test
# E-Mail : Mike_Zhang@live.com import sys,socket,time,traceback
import uuid
import hashlib svrIp,svrPort = "192.168.168.85",5060
transportType = "udp"
localIp,localPort = "192.168.168.168",17061
uid,passwd = "",""
g_branch,g_callId = uuid.uuid1(),uuid.uuid1() def getRegHeader(seqNum):
retStr = "REGISTER sip:{remote_ip} SIP/2.0\r\n"
retStr += "Via: SIP/2.0/{transport} {local_ip}:{local_port};branch={branch}\r\n"
retStr += "Max-Forwards: 70\r\n"
retStr += "From: {uid} <sip:{uid}@{remote_ip}:{remote_port}>;tag={call_number}\r\n"
retStr += "To: {uid} <sip:{uid}@{remote_ip}:{remote_port}>\r\n"
retStr += "Call-ID: {call_id}\r\n"
retStr += "User-Agent: fs testing\r\n"
retStr += "CSeq: %d REGISTER\r\n"%seqNum
retStr += "Contact: sip:{uid}@{local_ip}:{local_port}\r\n"
retStr += "Expires: 3600\r\n"
return retStr def formatRegHeader(patternStr):
retstr = patternStr.format(
remote_ip=svrIp,
transport=transportType,
local_ip=localIp,
local_port=localPort,
branch=g_branch,
uid=uid,
remote_port=svrPort,
call_number=uid,
call_id=g_callId)
return retstr class SipRegObj(object):
def __init__(self,uid,passwd,
realm="",nonce="",algorithm="MD5",qop="auth"):
self.uid = uid # "1000"
self.password = passwd # "1234"
self.realm = realm
self.nonce = nonce
self.algorithm = algorithm
self.qop = qop
self.uri = ""
self.method = "REGISTER"
self.cnonce = ""
self.nc = ""
self.svrIp = svrIp
#self.transportType = "udp" def getReponse(self):
md5 = hashlib.md5
ha1 = md5("%s:%s:%s"%(self.uid,self.realm,self.password)).hexdigest()
ha2 = md5("%s:%s"%(self.method,self.uri)).hexdigest()
reponse = md5("%s:%s:%s:%s:%s:%s"%(ha1,self.nonce,self.nc,self.cnonce,self.qop,ha2)).hexdigest()
return reponse def getAuthStr(self):
self.uri,self.cnonce = ("sip:%s"%self.svrIp),uuid.uuid1()
retStr = ""
response = self.getReponse()
retStr += 'Authorization: Digest username="%s",realm="%s",nonce="%s",uri="%s",response="%s",cnonce="%s",nc=%s,qop=%s,algorithm=%s\r\n'%(
self.uid,self.realm,self.nonce,self.uri,response,self.cnonce,self.nc,self.qop,self.algorithm)
retStr += 'Content-Length: 0\r\n'
return retStr def genChallengeMsg(self):
# gen sip reg challenge message
str1=getRegHeader(1) + "Content-Length: 0\r\n"
return formatRegHeader(str1) def genAuthMsg(self,retstr1):
# parse data
data1 = retstr1.split("\r\n")[-4].split(": Digest")[1]
data1 = str(data1).replace('MD5','"MD5"')
tmpList = data1.split(",")
for item in tmpList :
#print item
arrtmp = item.split("=")
setattr(self,arrtmp[0].strip(),arrtmp[1].strip('"'))
# gen sip reg message with auth
str2=getRegHeader(2)
str2 = formatRegHeader(str2)
str2 += self.getAuthStr()
return str2 if __name__ == "__main__":
treg = SipRegObj(uid,passwd) client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
client.bind((localIp,localPort))
dstHost = (svrIp,svrPort) client.sendto(treg.genChallengeMsg(),dstHost)
print time.time(),' : send success' # get response (401 msg)
retstr1 = client.recv(1024)
print retstr1 client.sendto(treg.genAuthMsg(retstr1),dstHost)
print time.time(),' : send success' retstr2 = client.recv(1024)
print "return str : \r\n",retstr2 time.sleep(30)

本文github地址:

https://github.com/mike-zhang/mikeBlogEssays/blob/master/2016/20160912_freeswitch注册过程分析.md

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