Session Initiation Protocol (SIP) to kluczowy protokół sygnalizacyjny dla VoIP, który umożliwia inicjowanie, modyfikowanie i kończenie sesji głosowych i wideo w sieciach IP.
Opracowany przez IETF i opublikowany jako RFC 3261, SIP stał się de facto standardem w telefonii IP dzięki prostocie, elastyczności i skalowalności, a także łatwej integracji z innymi protokołami internetowymi.
SIP niemal całkowicie wyparł H.323 w nowoczesnych wdrożeniach IP, obsługując zaawansowane funkcje, takie jak wideokonferencje, wiadomości i transmisje multimedialne.
Fundamenty protokołu SIP i Voice over Internet Protocol
SIP działa na warstwie aplikacji modelu OSI jako protokół tekstowy, składniowo zbliżony do HTTP i SMTP, co upraszcza implementację i integracje.
Wiadomości SIP mogą przenosić SDP (Session Description Protocol), gdzie negocjowane są kodeki oraz parametry strumieni.
Po zestawieniu połączenia sygnalizacją SIP, media są przesyłane przez RTP (Real-time Transport Protocol), co rozdziela warstwę sterowania od transportu danych w czasie rzeczywistym.
Historia rozwoju i ewolucja protokołu SIP
Pierwsza propozycja SIP (SIPv1) z 1996 roku autorstwa Marka Handleya i Eve Schooler wprowadziła przełomowy koncept rejestracji i mobilności użytkownika.
W 1999 roku opublikowano RFC 2543 (SIPv2), a w 2002 roku RFC 3261 zastąpiło wcześniejszą specyfikację, porządkując i rozszerzając mechanizmy protokołu.
Modularna architektura SIP oraz kompatybilność z modelami internetowymi przyspieszyły jego adopcję w porównaniu z bardziej monolitycznym i złożonym H.323.
Architektura i komponenty systemu SIP
SIP wspiera model klient–serwer, ale jego inteligencja jest rozproszona na brzegu sieci (podejście peer-to-peer), co sprzyja skalowaniu i odporności na awarie.
Najważniejsze elementy architektury SIP można podsumować następująco:
- Agenci użytkownika (UA) – punkty końcowe: UAC wysyła żądania, UAS odpowiada; urządzenia sprzętowe (telefony IP) i softphone w aplikacjach;
- Serwery proxy – pośredniczą, filtrują i egzekwują polityki; tryb stateless (przekazywanie) lub stateful (śledzenie transakcji);
- Registrar – przyjmuje REGISTER, utrzymuje lokalizację użytkowników i może uwierzytelniać dostęp;
- Redirect server – odsyła klienta do właściwej lokalizacji użytkownika;
- Location server – baza lokalizacji agentów użytkownika dla procesów wyszukiwania;
- Bramy (Gateways) – tłumaczą SIP do PSTN lub H.323 i odwrotnie, zapewniając łączność między światami IP i TDM.
Mechanizm działania protokołu SIP i proces zestawiania sesji
Komunikacja w SIP to wymiana żądań i odpowiedzi. Wiadomości są tekstowe, przez co łatwe w analizie i debugowaniu.
Najważniejsze metody żądań wykorzystywane w praktyce to:
- INVITE – inicjuje sesję i przekazuje SDP z propozycją mediów;
- ACK – finalnie potwierdza zaakceptowane zaproszenie;
- BYE – kończy trwającą sesję;
- CANCEL – anuluje zestawianie sesji przed jej ustanowieniem;
- REGISTER – rejestruje lokalizację użytkownika w domenie;
- OPTIONS – sonduje możliwości punktu końcowego lub serwera.
Przebieg typowego połączenia wygląda następująco: inicjator wysyła INVITE (z SDP), odbiorca odpowiada 100 Trying, następnie 180 Ringing, a po odebraniu połączenia wysyła 200 OK z wynegocjowanym SDP; na końcu inicjator potwierdza ACK. Media są przesyłane przez RTP, a nie przez SIP. Zakończenie połączenia następuje przez BYE → 200 OK.
Kody odpowiedzi SIP są pogrupowane w klasy:
- 1xx – odpowiedzi informacyjne (np. 100, 180);
- 2xx – powodzenie (np. 200 OK);
- 3xx – przekierowanie (np. 302 Moved Temporarily);
- 4xx – błąd klienta (np. 404 Not Found);
- 5xx – błąd serwera (np. 503 Service Unavailable);
- 6xx – błąd globalny (np. 603 Decline).
SIP trunking i integracja z systemami telefonii biznesowej
SIP Trunking zastępuje tradycyjne linie PSTN wirtualnymi kanałami w Internecie, łącząc system PBX z siecią i umożliwiając wielokanałowe połączenia głosowe, wideo i wiadomości.
Najważniejsze korzyści biznesowe wdrożenia SIP trunków to:
- oszczędności kosztów – brak drogich linii fizycznych i niższe koszty operacyjne;
- skalowalność – szybkie zwiększanie lub zmniejszanie liczby kanałów zgodnie z popytem;
- elastyczność – jedna platforma dla głosu, wideo i wiadomości, idealna dla zespołów rozproszonych;
- ciągłość działania – łatwiejsze scenariusze failover i przekierowań niż w PSTN;
- globalny zasięg – numery w wielu krajach bez fizycznej infrastruktury.
Aby uruchomić SIP Trunking, należy spełnić podstawowe wymagania techniczne:
- łącze internetowe o odpowiedniej przepustowości i stabilności (QoS dla ruchu czasu rzeczywistego);
- PBX zgodny z SIP (lub modernizacja);
- bramka/SBC w razie integracji z istniejącą infrastrukturą TDM lub w celu poprawy bezpieczeństwa.
Bezpieczeństwo komunikacji SIP i VoIP
Bezpieczeństwo SIP opiera się na ochronie sygnalizacji i mediów, uwierzytelnianiu stron oraz właściwej segmentacji i politykach dostępu.
Kluczowe mechanizmy zabezpieczeń, które warto wdrożyć:
- TLS – szyfruje sygnalizację; domyślny port 5061 (dla nieszyfrowanego SIP: 5060);
- SRTP – szyfruje i uwierzytelnia pakiety mediów, chroniąc audio/wideo przed podsłuchem i manipulacją;
- SIP Digest Authentication – mechanizm challenge–response bez przesyłania haseł w jawnej postaci;
- certyfikaty X.509 / PKI – weryfikacja tożsamości serwerów i klientów w większych wdrożeniach;
- modele E2E i HbH – wybór między pełną ochroną end-to-end a szyfrowaniem hop-by-hop z mniejszym narzutem.
Praktyka: łącz TLS dla sygnalizacji z SRTP dla mediów, ograniczaj dostęp do portów, egzekwuj silne hasła i limity rejestracji, monitoruj anomalie (brute force, skanowanie, DDoS).
Protokoły komplementarne – RTP, RTCP i SDP
SIP współdziała z protokołami mediów i opisu sesji, które pełnią ściśle zdefiniowane role:
- RTP – transport strumieni audio/wideo w czasie rzeczywistym, priorytetem jest niskie opóźnienie, nie pełna niezawodność;
- RTCP – raporty jakości (jitter, utrata, RTT) i synchronizacja wielu strumieni;
- SDP – negocjacja parametrów sesji: kodeki, porty, adresy, kierunki strumieni.
Sesje RTP zwykle korzystają z par portów: port parzysty dla RTP oraz kolejny nieparzysty dla RTCP; typowe zakresy to 1024–65535.
Adresowanie w protokole SIP i identyfikacja użytkowników
Każdy użytkownik ma URI SIP w formacie sip:użytkownik@domena:port. Jeśli port nie jest podany, domyślnie stosowany jest 5060.
Przykłady poprawnych adresów:
sip:[email protected], sip:[email protected], sip:[email protected]:6000.
Dostępny jest także wariant SIPS (schemat sips:), który wymusza TLS i domyślnie używa portu 5061. SIPS zapewnia szyfrowanie hop-by-hop, więc pośrednie proxy muszą być zaufane.
Aby mapować identyfikatory numeryczne na URI SIP, stosuje się m.in. iNum (@sip.inum.net), SIP Broker oraz systemy e164.org i e164.arpa (DNS).
Jakość usługi (QoS) i zarządzanie jakością rozmów
QoS priorytetyzuje pakiety głosowe nad mniej wrażliwymi strumieniami (np. pobieranie plików), stabilizując opóźnienia i zmniejszając jitter.
Rekomendacje: opóźnienie jednokierunkowe ≤ 150 ms (ITU G.114), utrata pakietów < 1% (najlepiej 0%), a jitter możliwie najniższy.
Na jakość rozmów VoIP wpływa wiele czynników, na które administratorzy powinni zwrócić uwagę:
- kodeki – kompromis między przepływnością a jakością i opóźnieniem;
- stabilność i przepustowość łącza – gwarancja pasma, brak przeciążeń;
- konfiguracja QoS – klasy ruchu, kolejkowanie, shaping i priorytety;
- jitter i utrata pakietów – bufor jitter, mechanizmy korekcji strat;
- opóźnienia – minimalizacja hopów, optymalizacja tras i sprzętu.
Wyzwania bezpieczeństwa i problemy związane z NAT/firewall
NAT i zapory mogą złamać komunikację, ponieważ SIP przenosi adresy IP w warstwie aplikacji, a translacja odbywa się na warstwie sieci/transportu, co powoduje rozbieżności.
Typowy problem: urządzenie za NAT prezentuje prywatny adres w SDP, przez co zdalny punkt próbuje wysłać media do nieosiągalnego IP. Podobnie zapory mogą blokować przychodzące RTP, mimo że sygnalizacja SIP przechodzi.
Sprawdzone metody radzenia sobie z NAT/firewall:
- STUN – ujawnia publiczny adres/port urządzenia za NAT;
- VPN – eliminuje NAT między telefonem a serwerem (tunelowanie);
- SBC / firewall z ALG dla SIP – „terminuje” sesje na brzegu i poprawnie mapuje media.
Zagrożenia obejmują brute force na REGISTER, Caller ID spoofing i ataki DDoS. Warto stosować limity prób, rate limiting, listy dozwolonych IP oraz monitoring.
Porównanie SIP z wcześniejszymi standardami – H.323
Poniższa tabela zestawia kluczowe różnice architektoniczne i operacyjne:
| Aspekt | SIP | H.323 |
|---|---|---|
| Model | lekki, tekstowy, elastyczny, peer-to-peer | monolityczny zestaw specyfikacji, binarny |
| Implementacja | prostsza, czytelna dla człowieka (HTTP‑like) | bardziej złożona, ściśle zdefiniowane komponenty |
| Skalowanie | rozproszone, łatwe skalowanie na brzegu | wymaga silnych serwerów, droższe w dużej skali |
| Kontrola przyjęć | brak wbudowanej, do zaimplementowania w aplikacji/SBC | ściśle zdefiniowana kontrola i zarządzanie ruchem |
| Interoperacyjność | bogaty ekosystem, integracje z protokołami internetowymi | silny w środowiskach zgodnych z ITU-T |
| Popularność | dominujący standard w VoIP | spadająca w nowych wdrożeniach |