GB28181协议如何注册

前言

GB28181协议是视频监控领域的国家标准，本文将解析如何在FFmpeg中增加对GB28181协议的支持，使其可以与支持GB28181协议的设备进行通信与控制，实现设备的注册、保活以及流媒体的传输。

1.背景介绍

GB28181协议指的是国家标准GB/T 28181—2016《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》。

该标准规定了公共安全视频监控联网系统的互联结构，传输、交换、控制的基本要求和安全性要求，以及控制、传输流程和协议接口等技术要求，是视频监控领域的国家标准。GB28181协议信令层面使用的是SIP（Session Initiation Protocol）协议。
流媒体传输层面使用的是实时传输协议（Real-time Transport Protocol，RTP）协议。
因此可以理解为GB28181是在国际通用标准的基础之上进行了私有化定制以满足视频监控联网系统互联传输的标准化需求。本文旨在说明在FFmpeg中增加对GB28181协议的支持，使其可以与支持GB28181协议的设备进行通信与控制，实现设备的注册、保活以及流媒体的传输。

2.国标GB28181协议：信令流程

2.1 国标GB28181协议

GB28181协议会话通道实际上使用的是SIP协议，并且在SIP协议的基础之上做了些私有化处理。SIP是一个由IETF MMUSIC工作组开发的协议，作为标准被提议用于创建，修改和终止包括视频，语音，即时通信，在线游戏和虚拟现实等多种多媒体元素在内的交互式用户会话。

SIP中一个比较重要的概念是用户代理（User Agent），指的是一个SIP逻辑网络端点，用于创建、发送、接收SIP消息并管理一个SIP会话。

SIP用户代理又可分为用户代理客户端UAC（User Agent Client）和用户代理服务端UAS（User Agent Server）。UAC创建并发送SIP请求，UAS接收处理SIP请求，发送SIP响应。

SIP协议会与许多其它的协议协同工作，如SIP报文内容发送会话描述协议（Session Description Protocol，SDP）,SDP协议描述了会话所使用流媒体细节，如：使用哪个IP端口，采用哪种编解码器等等。

SIP的一个典型用途是：SIP会话传输一些简单的经过报文的实时传输协议流，RTP本身才是语音或视频的载体。在GB28181协议中，联网系统在进行视音频传输及控制时应建立两个传输通道: 会话通道和媒体流通道。会话通道用于在设备之间建立会话并传输系统控制命令; 媒体流通道用于传输视音频数据，经过压缩编码的视音频流采用流媒体协议RTP/RTCP传输。GB28181协议中具体通信协议结构图如下图（通信协议结构图）所示：

会话通道中，注册、实时视音频点播、历史视音频的回放等应用的会话控制采用SIP协议IETF RFC3261中规定的REGISTER、INVITE等请求和响应方法实现，历史视音频回放控制采用SIP扩展协议IETF RFC29765规定的INFO方法实现，前端设备控制、信息查询、报警事件通知和分发等应用的会话控制采用SIP扩展协议IETF RFC34287规定的MESSAGE方法实现。下面详细介绍下国标GB28181的注册。

2.2 国标28181：注册

注册指的是设备或系统进入联网系统时向SIP服务器（SIP UAS）进行注册登记的工作模式，在本文中FFmpeg即为一个SIP服务器，设备向FFmpeg发送注册请求，FFmpeg在接收到设备的注册请求后返回相应的回复消息，则完成设备注册流程。GB28181协议中基于数字摘要的挑战应答式安全技术进行注册流程如下图（基本注册流程示意图）所示：

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。

注册的请求消息内容范例如下

REGISTER sip:34020000002000000001@3402000000 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.137.11:5060;rport;branch=z9hG4bK1371463273
From: sip:34020000001320000003@3402000000;tag=2043466181
To: sip:34020000001320000003@3402000000
Call-ID: 1011047669
CSeq: 1 REGISTER
Contact: sip:34020000001320000003@192.168.137.11:5060
Max-Forwards: 70
User-Agent: IP Camera
Expires: 3600
Content-Length: 0

注册请求头域参数解释如下：

第1行表明这条SIP消息的方法（Method）是REGISTER，34020000002000000001是SIP服务器的国标ID，国标ID指的是由中心编码(8位) 、行业编码(2位) 、类型编码(3位)和序号(7位)四个码段共20位十进制数字字符构成，具体国标ID的编码方法可以参考GB/T 28181—2016中的附录D。3402000000指的是SIP服务器的域国标ID，SIP/2.0指的是SIP协议版本。 
第2行为Via头，Via头中包含了发送请求方的相关信息，后续需要使用这些信息进行回复。SIP/2.0/UDP表示使用的是2.0版本的SIP协议，使用的传输协议是UDP，也可以使用TCP协议。192.168.137.11:5060为请求发送方的IP地址和端口号。Via头中必须包含branch参数，具体值是一个在整个SIP通信过程中不重复的数值。branch是一个事务ID（Transaction ID），用于区分同一个UA所发起的不同Transaction，它不会对未来的request或者是response造成影响，对于遵循IETF RFC3261规范的实现，这个branch参数的值必须用”z9hG4bK”打头. 其它部分是对To， From, Call-ID头域和Request-URI按一定的算法加密后得到。rport字段表示使用rport机制路由响应，即发送的响应时，按照rport中的端口发送SIP响应，也就是说IP和端口均完全遵照从哪里来的，发回哪里去的原则，如果没有rport字段时，服务端的策略是IP使用UDP包中的地址，即从哪里来回哪里去，但是端口使用的是via中的端口，详情见IETF RFC35818。  
第3行为From头，From头中包含了请求发送方的逻辑标识，在GB28181协议中是发送请求的设备国标ID和域国标ID信息。tag参数是为了身份认证的，值为随机数字字符。  
第4行为To头，To头在SIP协议中是为了标明请求接收方的逻辑标识的，在GB28181协议中填写的是发送请求的设备国标ID和域国标ID信息。  
第5行为Call-ID头，Call-ID头是全局唯一的，在同一个session中保持一致，在不同session中不同。  
第6行为CSeq头，CSeq头又叫Command Seqence（命令队列），用于标识命令顺序，值为序号+Method，序号部分为无符号整数，最大值为2^31。序号起始值是随机的，后续在同一个session中依次递增，比如发1 REGISTER没返回--->再发2 REGISTER--->没返回--->再发3 REGISTER--->这时返回了2 REGISTER就知道是第2个请求得到了响应。对于ACK和CANCLE中的CSeq与INVITE中的Cseq保持一致。  
第7行为Contact头，Contact头包含源的URI信息，用来给响应消息直接和源建立连接用。在GB28181协议中为SIP设备编码@源IP地址端口。  
第8行为Max-Forwards头，Max-Forwards头用于设置包最大中转次数，默认是70。  
第9行为User-Agent头，User-Agent头用于设置关于UA的信息，用户可以自定义。  
第10行为Expires头，Expires头表示超时时间。  
第11行为Content-Length头，Content-Length头表示SDP消息的长度，因为REGISTER消息不需要SDP，因此为0。

注册的回复消息内容范例如下，各头信息含义见上面：

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP 192.168.137.11:5060;rport;branch=z9hG4bK1371463273
From: sip:34020000001320000003@3402000000
To: sip:34020000001320000003@3402000000
CSeq: 1 REGISTER
Call-ID: 1011047669
Contact: sip:34020000001320000003@192.168.137.11:5060
User-Agent: FFmpeg GB28181 v1.0
Expires: 3600
Content-Length: 0

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