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(jiǎn)要闡述Skype為什么優(yōu)于傳統的VoIP、IM軟件，包括P2P技術(shù)、穿透防火墻、安全加密、簡(jiǎn)易的操作與強大的功能、節省網(wǎng)絡(luò )資源、跨平臺幾個(gè)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(guò)大量的服務(wù)器資源進(jìn)行信息集中存儲、通訊協(xié)調等。P2P的技術(shù)相當于將每個(gè)客戶(hù)端都作為了服務(wù)器資源，從而在整個(gè)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)于傳統的Client-Server模式的網(wǎng)絡(luò )。這種網(wǎng)絡(luò )可以無(wú)限的擴展，并且不會(huì )因為擴展而導致搜索時(shí)間的延長(cháng)和費用的增加。它利用終端用戶(hù)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(gè)節點(diǎn)，P2P網(wǎng)絡(luò )的處理能力和帶寬都相應增加。所以，這種利用節點(diǎn)資源的P2P網(wǎng)絡(luò )技術(shù)事實(shí)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 )地址轉換）方面也具有優(yōu)勢。傳統的集中式網(wǎng)絡(luò )也可以穿透防火墻和NAT，但是通常會(huì )因此增加非常昂貴的費用，用戶(hù)越多費用會(huì )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(gè)用戶(hù)提供非常少的服務(wù)器資源，大大降低了語(yǔ)音通話(huà)的質(zhì)量。Skype實(shí)現了將網(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(gè)節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )資源）。使得語(yǔ)音呼叫的接通率、語(yǔ)音質(zhì)量在很大程度上甚至超過(guò)傳統的電話(huà)網(wǎng)絡(luò )。

　　從搜索方面來(lái)講，Skype所采用的技術(shù)可稱(chēng)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，國內比較有名的P2P軟件有POCO、OP等。在此類(lèi)應用中，用戶(hù)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(jìn)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，即當您進(jìn)行搜索的時(shí)候，并不能搜索到網(wǎng)絡(luò )中的所有節點(diǎn)。為了實(shí)現高質(zhì)量低成本的語(yǔ)音呼叫，必須有第三代P2P網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)實(shí)現。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 )結構，這種結構利用超節點(diǎn)（Supernodes）來(lái)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)可以獲取所有其它可利用節點(diǎn)的資源，并將這些節點(diǎn)資源動(dòng)態(tài)組合，來(lái)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(shí)。

　　對數據傳輸采用智能路由，保證了語(yǔ)音質(zhì)量。由于可以利用所有的節點(diǎn)資源，Skype可以為每個(gè)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(kāi)多個(gè)傳輸路徑，動(dòng)態(tài)的及時(shí)選擇最佳途徑。這對減少延遲和增強語(yǔ)音質(zhì)量有非常明顯的效果。

　　二、穿透防火墻

　　大多數的Voice-over-IP應用程序不能穿透防火墻和NAT（網(wǎng)絡(luò )地址轉換）。 幾乎所有寬帶用戶(hù)都處于防火墻和NAT之后，所以他們不能用VoIP應用程序。Skype不是一個(gè)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。

　　大多數此類(lèi)軟件的進(jìn)入端口號都是指定的，Skype沒(méi)有指定進(jìn)入的端口號，而是在安裝程序的時(shí)候隨機選擇一個(gè)進(jìn)入端口，如此能增強穿透網(wǎng)絡(luò )地址轉換（NAT），因為如果有若干個(gè)位于NAT之后的用戶(hù)采用相同的端口的話(huà)，則NAT會(huì )使得語(yǔ)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 （高級加密標準）加密方法，也稱(chēng)為Rijndael，美國政府用同樣的加密方法來(lái)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(dòng)態(tài)的將每個(gè)呼叫和即時(shí)消息加密。 Skype采用1536和2048位RSA來(lái)生成對稱(chēng)AES密鑰。用戶(hù)的公共密鑰（public keys）在用戶(hù)登錄的時(shí)候在Skype服務(wù)器進(jìn)行驗證。Skype在信息（語(yǔ)音、即時(shí)消息、文件）發(fā)送之前進(jìn)行加密，在接收到的時(shí)候進(jìn)行解密，即使在數據傳輸過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)其他節點(diǎn)進(jìn)行中轉，也完全沒(méi)有可能在中途被竊聽(tīng)。

　　Skype采用了數字簽名的方式，保證存儲在P2P網(wǎng)絡(luò )中的用戶(hù)數據不被篡改。由于Skype使用的是P2P的技術(shù)，用戶(hù)數據主要存儲在P2P網(wǎng)絡(luò )中，在用戶(hù)進(jìn)行搜索等操作的時(shí)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 )中的數據是可靠的和沒(méi)有被篡改的。Skype對公共目錄中存儲的和用戶(hù)相關(guān)的數據都采用了數字簽名，保證了數據無(wú)法被篡改。

　　四、使用簡(jiǎn)易、功能強大

　　Skype具有迄今為止最優(yōu)質(zhì)的語(yǔ)音。現在很多VoIP和聊天工具都無(wú)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 )造的獨家擁有版權的軟件，可以傳遞甚至高于固定電話(huà)質(zhì)量的語(yǔ)音。 用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，傳統的電話(huà)您只能聽(tīng)到介于300Hz到3000Hz頻率的語(yǔ)音。Skype可以聽(tīng)到所有頻率的語(yǔ)音，從最低沉的到最尖銳的。

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

　　使用簡(jiǎn)單。現在VoIP應用程序配置很困難，不熟悉網(wǎng)絡(luò )和計算技術(shù)的用戶(hù)幾乎無(wú)法使用。Skype無(wú)論在軟件還是硬件方面，用戶(hù)都無(wú)需做任何收工的設置，通常只要注冊一個(gè)賬戶(hù)就可以立即登陸，開(kāi)始語(yǔ)音通話(huà)了。

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

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

　　五、最大可能的節省資源

　　Skype對網(wǎng)絡(luò )帶寬的要求比同類(lèi)產(chǎn)品低，Skype在33.6Kbps或者以上的Modem來(lái)?yè)芴柹暇W(wǎng)的情況下也可以使用語(yǔ)音通話(huà)。Skype可以根據雙方的連接情況自動(dòng)選則最佳的編碼方式。語(yǔ)音通話(huà)的時(shí)候平均占用帶寬大約是3-16KB/S，實(shí)際占用帶寬會(huì )根據對方的帶寬情況、網(wǎng)絡(luò )狀況、以及CPU性能等有所不同。當空閑的時(shí)候大約只需要0-0.5 k/s的帶寬，主要是用來(lái)更新好友在線(xiàn)信息。具體的帶寬情況可能會(huì )受許多因素的影響。

　　用Skype進(jìn)行文件傳輸的時(shí)候，如果雙方不能直接連接，則會(huì )通過(guò)其它用戶(hù)的資源來(lái)進(jìn)行中轉。普通的同類(lèi)軟件在無(wú)法直連的時(shí)候一般是通過(guò)服務(wù)器中轉，Skype不利用服務(wù)器的資源，而是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )中的其他用戶(hù)機器來(lái)進(jìn)行中轉。為了不過(guò)多占用做中轉的用戶(hù)的資源，將速度限制在了500K/S以下。

　　六、跨平臺

　　目前大多數IM軟件都只能在Windows平臺上運行。即使有單獨開(kāi)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、Pocket PC、和Mac OS和Linux操作系統的版本，語(yǔ)音通話(huà)、文件交換等數據傳輸都可跨平臺進(jìn)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備上，更加適應終端設備和通訊技術(shù)的發(fā)展。

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