国标GB28181协议客户端开发（二）程序架构和注册

本系列文章旨在探讨国标GB28181协议设备端的开发过程。本文将聚焦于架构设计和设备注册，并详细介绍了设备端的程序架构设计、exosip库介绍和接口分类，以及GB28181设备端的注册流程和信令交互报文。通过阅读本文，读者将深入了解GB28181协议设备端的架构设计原则、exosip库的使用方法，以及设备的注册过程和信令交互的关键报文。

一、程序架构设计

在GB28181协议设备端的开发中，良好的程序架构设计是保证系统稳定性和可扩展性的基础。我们可以考虑以下方面：

分层架构：将设备端的功能划分为不同的层次，如媒体层、控制层、存储层和网络层等，以实现模块化的开发和维护。
模块设计：根据功能需求，将设备端划分为不同的模块，如平台接入模块、媒体解析模块、编码模块、解码模块等。每个模块负责特定的功能，通过接口进行交互和通信。
数据结构设计：GB28181协议涉及到丰富的数据结构，如设备信息、媒体流、信令消息等。在设计数据结构时，需要考虑数据的组织和访问效率，以及与协议规范的兼容性。

以下为开发GB28181协议设备端的程序框架：

二、exosip库介绍和接口分类

eXosip是一个基于oSIP库的扩展库，用于实现SIP协议的开发。它提供了一个事件驱动的编程接口，用于处理SIP信令和实现SIP应用程序，广泛用于GB28181设备端的开发。它提供了丰富的接口和功能，可以简化开发过程。下面是eXosip的内部架构的概述：

SIP上下文（SIP Context）：
eXosip库使用SIP上下文来管理和处理SIP会话。每个SIP上下文都有一个唯一的ID，可以通过函数eXosip_malloc()创建上下文。应用程序可以创建多个上下文来处理不同的SIP会话。
事件循环（Event Loop）：
eXosip库通过事件循环机制处理接收到的SIP消息和事件。事件循环会持续监听网络套接字，等待SIP消息的到达或定时器事件的触发。当有事件发生时，eXosip库将生成相应的事件，并将其放入事件队列中等待处理。
事件处理器（Event Handler）：
eXosip库提供了一组事件处理器函数，用于处理各种类型的事件，如注册、呼叫邀请、消息收发等。应用程序可以根据需要注册相应的事件处理器函数，并在事件发生时执行自定义的逻辑。
SIP消息处理器（SIP Message Handler）：
eXosip库提供了一组函数来处理SIP消息，包括解析和构建SIP请求和响应。它使用oSIP库的底层功能来处理SIP消息的解析和组装，并提供了更高级别的接口供应用程序使用。
网络通信：
eXosip库使用底层的网络套接字进行SIP通信。它提供了与网络层交互的功能，如创建和绑定套接字、发送和接收SIP消息等。应用程序可以根据需要配置和管理网络通信相关的参数。

eXosip库的内部架构充分利用了oSIP库提供的底层功能，并提供了更高级别的接口和事件驱动的编程模型，使开发者能够更方便地实现基于SIP的应用程序。

exosip库的接口可以分为以下几类：

初始化和配置接口：包括库的初始化、设置SIP协议栈的参数、配置监听端口等。
注册和注销接口：用于设备的注册和注销操作，包括注册请求的发送和接收处理等。
信令交互接口：用于发送和接收SIP信令消息，如呼叫邀请、媒体流控制等。

三、exosip初始化和消息循环

在使用exosip库前，需要进行初始化和配置的操作。具体步骤如下：

初始化exosip库：调用初始化接口，初始化exosip库，并设置一些全局参数。
配置SIP协议栈：通过配置接口，设置SIP协议栈的相关参数，如IP地址、端口等。
创建SIP上下文：使用上下文接口，创建一个SIP上下文，用于后续的注册和信令交互操作。

#include <osip2/osip.h>
#include <eXosip2/eXosip.h>


// 初始化eXosip和osip栈
exosip_ = eXosip_malloc();
ret_code = eXosip_init(exosip_);
if (ret_code != OSIP_SUCCESS)
{
   SIMPLE_LOG("Can't initialize eXosip!");
   exit(1);
}

// 配置exosip库参数，如IP地址和端口
ret_code = eXosip_listen_addr(exosip_, IPPROTO_UDP, NULL, cfg_.sip_local_port, AF_INET, 0);
if (ret_code != OSIP_SUCCESS)
{
   SIMPLE_LOG("eXosip_listen_addr error!");

   eXosip_quit(exosip_);

   exit(1);
}

eXosip_set_user_agent(exosip_, "HbsGBSIP-1.0");

// 发送初始注册报文
SipSendRegister(false, nullptr);

// 接收和处理SIP报文
while (!is_need_stop_)
{
   // 处理事件
   eXosip_event_t* sip_event = eXosip_event_wait(exosip_, 0, 10);

   // 一般处理401/407采用库默认处理
   eXosip_lock(exosip_);
   eXosip_default_action(exosip_, sip_event);
   eXosip_unlock(exosip_);

   // 超时
   if (sip_event == NULL)
   {
      continue;
   }

   // 尝试解析报文头部信息
   OSipMsgParser msg_parser;
   if (sip_event->request)
   {
      msg_parser.ParseHeader(sip_event->request);
   }

   switch (sip_event->type)
   {
      case EXOSIP_REGISTRATION_SUCCESS: {
         // 注册成功处理
         break;
      }
      case EXOSIP_REGISTRATION_FAILURE: {
         // 注册失败处理
         break;
      }
      case EXOSIP_MESSAGE_NEW: {
         // 收到新的SIP消息处理
         if (sip_event->request) {
            // 处理请求消息
            osip_message_t* request = sip_event->request;
            // 解析和处理请求消息
         } else if (sip_event->response) {
            // 处理响应消息
            osip_message_t* response = sip_event->response;
            // 解析和处理响应消息
         }
         break;
      }
      case EXOSIP_CALL_INVITE: {
         // 收到呼叫邀请处理
         // 解析和处理呼叫邀请消息
         break;
      }
      // 其他事件处理...

      default:
         break;
      }

   // 释放事件
   eXosip_event_free(sip_event);
}


// 清理exosip库资源
eXosip_quit(exosip_);
osip_free(exosip_);
exosip_ = NULL;

四、GB28181注册过程中的信令交互报文

注册流程描述如下:

SIP代理向SIP服务器发送 Register请求;
SIP服务器向 SIP代理发送响应401,并在响应的消息头 WWW_Authenticate字段中给出
适合SIP代理的认证体制和参数;
SIP代理重新向SIP服务器发送 Register请求,在请求的 Authorization字段给出信任书,
包含认证信息;
SIP 服务器对请求进行验证,如果检查出 SIP 代理身份合法,向 SIP 代理发送成功响应
200OK,如果身份不合法则发送拒绝服务应答。

WireShark截包后可见：

第一次注册：

REGISTER sip:34020000002000000001@192.168.1.54:5060 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.54:10561;rport;branch=z9hG4bK639602844
From: <sip:34020000001110000002@192.168.1.54:10561>;tag=91827836
To: <sip:34020000001110000002@192.168.1.54:10561>
Call-ID: 2847584547
CSeq: 1 REGISTER
Contact: <sip:34020000001110000002@192.168.1.54:10561;line=00c3a618be4c249>
Max-Forwards: 70
User-Agent: HbsGBSIP-1.0
Expires: 3600
Content-Length: 0

GB28181平台返回401错误：

SIP/2.0 401 Unauthorized
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.54:10561;rport;branch=z9hG4bK639602844
From: <sip:34020000001110000002@192.168.1.54:10561>;tag=91827836
To: <sip:34020000001110000002@192.168.1.54:10561>;tag=1724123124
Call-ID: 2847584547
CSeq: 1 REGISTER
WWW-Authenticate: Digest realm="34020000", nonce="awer23sdfj123123", opaque="c3a02f1ecb122d255c4ae2266129d044", algorithm=MD5
User-Agent: General
Content-Length: 0

加上鉴权信息后第二次发送注册报文：

REGISTER sip:34020000002000000001@192.168.1.54:5060 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.54:10561;rport;branch=z9hG4bK2311457380
From: <sip:34020000001110000002@192.168.1.54:10561>;tag=91827836
To: <sip:34020000001110000002@192.168.1.54:10561>
Call-ID: 2847584547
CSeq: 0 REGISTER
Contact: <sip:34020000001110000002@192.168.1.54:10561;line=00c3a618be4c249>
Authorization: Digest username="34020000001110000002", realm="34020000", nonce="awer23sdfj123123", uri="sip:34020000002000000001@192.168.1.54:5060", response="dc953f5c48a92517ff6542ef6cd97e20", algorithm=MD5, opaque="c3a02f1ecb122d255c4ae2266129d044"
Max-Forwards: 70
User-Agent: HbsGBSIP-1.0
Expires: 3600
Content-Length: 0

GB28181平台返回200注册成功：

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.1.54:10561;rport;branch=z9hG4bK2311457380
From: <sip:34020000001110000002@192.168.1.54:10561>;tag=91827836
To: <sip:34020000001110000002@192.168.1.54:10561>;tag=31243r3412
Call-ID: 2847584547
CSeq: 0 REGISTER
User-Agent: General
Date: 2023-03-15T16:18:33
Expires: 300
Content-Length: 0

调用eXosip进行注册的代码如下：

osip_message_t* reg = nullptr;

SIMPLE_LOG("new build register\n");

std::string from_str = MakeSIPFromToStr(cfg_.sip_local_device_id,
   cfg_.sip_local_ip, cfg_.sip_local_port);
std::string to_str = MakeSIPFromToStr(cfg_.sip_server_id,
      cfg_.sip_server_ip, cfg_.sip_server_port);

register_id_ = eXosip_register_build_initial_register(exosip_,
   from_str.c_str(),   //"sip:34010000002000000001@127.0.0.1:7777",
   to_str.c_str(),     //"sip:34020000002000000001@127.0.0.1:5060",
   NULL, expire_val, &reg);

auto ret = eXosip_register_send_register(exosip_, register_id_, reg);

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