揭密Skype中所采用的技術(shù)

2006/12/01

　　本文主要從技術(shù)角度簡要闡述Skype為什么優(yōu)于傳統(tǒng)的VoIP、IM軟件，包括P2P技術(shù)、穿透防火墻、安全加密、簡易的操作與強大的功能、節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源、跨平臺幾個方面。

　　一、采用領(lǐng)先的P2P的技術(shù)

　　目前比較流行的IM軟件基本都采用集中式的Client-Server模式，即需要通過大量的服務(wù)器資源進行信息集中存儲、通訊協(xié)調(diào)等。P2P的技術(shù)相當(dāng)于將每個客戶端都作為了服務(wù)器資源，從而在整個網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮作用。

　　非集中式P2P網(wǎng)絡(luò)在一些方面優(yōu)于傳統(tǒng)的Client-Server模式的網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)可以無限的擴展，并且不會因為擴展而導(dǎo)致搜索時間的延長和費用的增加。它利用終端用戶機器的處理能力和網(wǎng)絡(luò)帶寬，非集中式網(wǎng)絡(luò)的處理能力本身與此成正向比例，即每增加一個節(jié)點，P2P網(wǎng)絡(luò)的處理能力和帶寬都相應(yīng)增加。所以，這種利用節(jié)點資源的P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)事實上可以完全取消原先集中式網(wǎng)絡(luò)所需的費用。

　　P2P技術(shù)在穿透防火墻和NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）方面也具有優(yōu)勢。傳統(tǒng)的集中式網(wǎng)絡(luò)也可以穿透防火墻和NAT，但是通常會因此增加非常昂貴的費用，用戶越多費用會成比例的增加。所以，提供這樣服務(wù)的服務(wù)商通常只能給每個用戶提供非常少的服務(wù)器資源，大大降低了語音通話的質(zhì)量。Skype實現(xiàn)了將網(wǎng)絡(luò)資源分散（即不是利用集中式的服務(wù)器資源，而是利用各個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)資源）。使得語音呼叫的接通率、語音質(zhì)量在很大程度上甚至超過傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡(luò)。

　　從搜索方面來講，Skype所采用的技術(shù)可稱為第三代P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。P2P技術(shù)最早被一些文件共享應(yīng)用廣泛使用，例如非常有名的Napster和KaZaA，最近比較流行的有BT等，國內(nèi)比較有名的P2P軟件有POCO、OP等。在此類應(yīng)用中，用戶可以共享、并搜索下載文件。這些文件共享使用的P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也可以進行資源分散（decentralizing），但是文件共享P2P技術(shù)所使用的網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是分段的，即當(dāng)您進行搜索的時候，并不能搜索到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點。為了實現(xiàn)高質(zhì)量低成本的語音呼叫，必須有第三代P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)。Skype采用了全球搜索目錄（GI），GI代表了另一種意義上的可擴展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。全球搜索目錄使用多層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)利用超節(jié)點（Supernodes）來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點可以獲取所有其它可利用節(jié)點的資源，并將這些節(jié)點資源動態(tài)組合，來參與流量分配、路徑選擇、處理需要較大帶寬的任務(wù)等，并保證最小的延時。

　　對數(shù)據(jù)傳輸采用智能路由，保證了語音質(zhì)量。由于可以利用所有的節(jié)點資源，Skype可以為每個加密的呼叫智能地搜索最好傳輸途徑。甚至可以并行的打開多個傳輸路徑，動態(tài)的及時選擇最佳途徑。這對減少延遲和增強語音質(zhì)量有非常明顯的效果。

　　二、穿透防火墻

　　大多數(shù)的Voice-over-IP應(yīng)用程序不能穿透防火墻和NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）。 幾乎所有寬帶用戶都處于防火墻和NAT之后，所以他們不能用VoIP應(yīng)用程序。Skype不是一個典型的VoIP程序，它運用的是P2P技術(shù),幾乎可以在所有的防火墻或者NAT之后工作。

　　大多數(shù)此類軟件的進入端口號都是指定的，Skype沒有指定進入的端口號，而是在安裝程序的時候隨機選擇一個進入端口，如此能增強穿透網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT），因為如果有若干個位于NAT之后的用戶采用相同的端口的話，則NAT會使得語音質(zhì)量降低。

　　三、安全加密

　　Skype 采用了端對端的加密方式，保證信息的安全性。使用了 AES （高級加密標(biāo)準(zhǔn)）加密方法，也稱為Rijndael，美國政府用同樣的加密方法來保護機密信息。Skype使用了256位加密，這種加密方法共有1.1 x 1077 種可能的密鑰，可以動態(tài)的將每個呼叫和即時消息加密。 Skype采用1536和2048位RSA來生成對稱AES密鑰。用戶的公共密鑰（public keys）在用戶登錄的時候在Skype服務(wù)器進行驗證。Skype在信息（語音、即時消息、文件）發(fā)送之前進行加密，在接收到的時候進行解密，即使在數(shù)據(jù)傳輸過程中需要經(jīng)過其他節(jié)點進行中轉(zhuǎn)，也完全沒有可能在中途被竊聽。

　　Skype采用了數(shù)字簽名的方式，保證存儲在P2P網(wǎng)絡(luò)中的用戶數(shù)據(jù)不被篡改。由于Skype使用的是P2P的技術(shù)，用戶數(shù)據(jù)主要存儲在P2P網(wǎng)絡(luò)中，在用戶進行搜索等操作的時候從公共網(wǎng)絡(luò)中獲取。如此必須保證存儲在公共網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)是可靠的和沒有被篡改的。Skype對公共目錄中存儲的和用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)都采用了數(shù)字簽名，保證了數(shù)據(jù)無法被篡改。

　　四、使用簡易、功能強大

　　Skype具有迄今為止最優(yōu)質(zhì)的語音�，F(xiàn)在很多VoIP和聊天工具都無法和Skype相媲美。Skype與最優(yōu)秀的聲學(xué)科學(xué)家聯(lián)手創(chuàng)造的獨家擁有版權(quán)的軟件，可以傳遞甚至高于固定電話質(zhì)量的語音。 用專業(yè)術(shù)語來說，傳統(tǒng)的電話您只能聽到介于300Hz到3000Hz頻率的語音。Skype可以聽到所有頻率的語音，從最低沉的到最尖銳的。

　　很高的呼叫成功率。沒有其他任何一個互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)可以有和Skype一樣高的呼叫連通率。

　　使用簡單�，F(xiàn)在VoIP應(yīng)用程序配置很困難，不熟悉網(wǎng)絡(luò)和計算技術(shù)的用戶幾乎無法使用。Skype無論在軟件還是硬件方面，用戶都無需做任何收工的設(shè)置，通常只要注冊一個賬戶就可以立即登陸，開始語音通話了。

　　絕對安全的通話方式。如上所述，所有的通訊都是以端對端的模式進行加密的，所以是完全安全的。

　　多方語音通話。Skype在同類軟件中首先提供了免費的多方語音通話，采用混音的方式，操作簡便、音質(zhì)良好，且盡可能的節(jié)省網(wǎng)絡(luò)和機器資源。

　　五、最大可能的節(jié)省資源

　　Skype對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求比同類產(chǎn)品低，Skype在33.6Kbps或者以上的Modem來撥號上網(wǎng)的情況下也可以使用語音通話。Skype可以根據(jù)雙方的連接情況自動選則最佳的編碼方式。語音通話的時候平均占用帶寬大約是3-16KB/S，實際占用帶寬會根據(jù)對方的帶寬情況、網(wǎng)絡(luò)狀況、以及CPU性能等有所不同。當(dāng)空閑的時候大約只需要0-0.5 k/s的帶寬，主要是用來更新好友在線信息。具體的帶寬情況可能會受許多因素的影響。

　　用Skype進行文件傳輸?shù)臅r候，如果雙方不能直接連接，則會通過其它用戶的資源來進行中轉(zhuǎn)。普通的同類軟件在無法直連的時候一般是通過服務(wù)器中轉(zhuǎn)，Skype不利用服務(wù)器的資源，而是通過網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶機器來進行中轉(zhuǎn)。為了不過多占用做中轉(zhuǎn)的用戶的資源，將速度限制在了500K/S以下。

　　六、跨平臺

　　目前大多數(shù)IM軟件都只能在Windows平臺上運行。即使有單獨開發(fā)的針對其它平臺的版本，也往往是功能非常弱，例如只限于文本信息交換。Skype目前有完全適用于Windows操作系統(tǒng)、Pocket PC、和Mac OS和Linux操作系統(tǒng)的版本，語音通話、文件交換等數(shù)據(jù)傳輸都可跨平臺進行。Skype所采用的底層技術(shù)保證了其可以很容易的移植到不同的終端設(shè)備上，更加適應(yīng)終端設(shè)備和通訊技術(shù)的發(fā)展。

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