Skype是由Kazaa于2003年發(fā)明的基于P2P 技術(shù)的VoIP客戶端，用戶可以通過(guò)Skype通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行語(yǔ)音和文本的傳輸。 Skype的通訊協(xié)議是不公開(kāi)的，而且通訊內(nèi)容是加過(guò)密的，哥倫比亞大學(xué)的Baset和Schulzrinne完全在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)Skype的通訊機(jī)制 進(jìn)行分析，通過(guò)分析得出的結(jié)論主要有三個(gè)：
?。?span style="padding: 0px; margin: 0px; ">1）Skype的通話質(zhì)量較MSN和Yahoo的即時(shí)通信工具要好；
?。?span style="padding: 0px; margin: 0px; ">2）可以無(wú)縫的在NATs和防火墻后使用；
?。?span style="padding: 0px; margin: 0px; ">3）安裝使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單。
2、Skype的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
Skype的節(jié)點(diǎn)有兩種：客戶端（ordinary node）和超級(jí)節(jié)點(diǎn)（super node，SN）。客戶端必須鏈接到超級(jí)節(jié)點(diǎn)，并且在Skype的中央服務(wù)器登錄。中央服務(wù)器保存用戶的用戶名和密碼，完成登錄的認(rèn)證工作。圖1中的小黑點(diǎn)是客戶端，大黑點(diǎn)是超級(jí)節(jié)點(diǎn)（用于為其它客戶端提供登錄跳板及廣播服務(wù)），灰色的點(diǎn)是Skype的登錄服務(wù)器。
Skype可以看作是一個(gè)疊加在互聯(lián)網(wǎng)之上的網(wǎng)絡(luò)。與以 往MSN等IM工具最大的不同在于其除了用戶登錄，其余工作基本不依賴中央服務(wù)器。 Skype在穿透防火墻通訊時(shí)完全使用了Peer to Peer，而沒(méi)用到中央服務(wù)器。每一個(gè)客戶端都維護(hù)一個(gè)可以到達(dá)的主機(jī)列表（host cache，HC），包括其IP地址和端口號(hào)。
Skype的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
用戶下載安裝完Skype后，Skype客戶端會(huì)發(fā)送一段HTTP 1.1的請(qǐng)求到中央服務(wù)器，告訴它我裝完了一個(gè)什么樣的版本，服務(wù)器會(huì)返回一個(gè)200 OK的信息?？蛻舳藭?huì)進(jìn)行登錄初始化工作，針對(duì)三種不同類型的網(wǎng)絡(luò)情況有三種不同的登錄方式：
?。?span style="padding: 0px; margin: 0px; ">1）直接有公眾網(wǎng)的IP
?。?span style="padding: 0px; margin: 0px; ">2）在內(nèi)部網(wǎng)，可以通過(guò)TCP訪問(wèn)外部網(wǎng)絡(luò)
（3）在內(nèi)部網(wǎng)，但只能通過(guò)有限的幾個(gè)端口（例如80和443）訪問(wèn)外部網(wǎng)絡(luò)
Skype在登錄的時(shí)候會(huì)先使用UDP請(qǐng)求HC中的 IP，如果不行，就用TCP請(qǐng)求HC中的IP及端口，如果還不行。就用TCP請(qǐng)求HC中的 IP及80端口，如果又不行，就再請(qǐng)求HC中的IP及443端口。如果這時(shí)候還不行，那就登錄不了了。整個(gè)過(guò)程中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大概在8k-10k，持續(xù)的 時(shí)間在3至35秒。
3、Skype的主要組成部分
3.1 端口
在Skype的連接屬性對(duì)話框中可以設(shè)置監(jiān)聽(tīng)的端口號(hào)， 在安裝的時(shí)候Skype會(huì)隨機(jī)的選擇一個(gè)端口作為監(jiān)聽(tīng)的端口，這一點(diǎn)與HTTP協(xié)議等不同，Skype沒(méi)有默認(rèn)的服務(wù)端口。同時(shí)，它還會(huì)打開(kāi)對(duì)80和 443端口的監(jiān)聽(tīng)。80是常見(jiàn)的HTTP服務(wù)默認(rèn)端口，而443則是HTTPS服務(wù)的默認(rèn)端口。
3.2 主機(jī)列表
這里的主機(jī)指的是可以提供跳板及廣播服務(wù)的SN的IP地 址和端口號(hào)，這是Skype最重要的部分之一，HC中至少要有一個(gè)可用的主機(jī)地址和端口號(hào)。通常它被存儲(chǔ)在注冊(cè)表里的 HKEY_CURRENT_USER/SOFTWARE/Skype/PHONE/LIB/CONNEC- TION/HOSTCACHE中。一般情況下，在Skype運(yùn)行兩天后，HC中的SN地址及對(duì)應(yīng)的端口號(hào)會(huì)達(dá)到約200個(gè)。
3.3 編解碼器
Skype采用了iLBC、iSAC和一個(gè)保密的編解碼器，能夠?qū)?0-8,000 Hz范圍內(nèi)的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行編碼。Global IP Sound已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了iLBC和iSAC編解碼器，其網(wǎng)站表明了Skype是他們的合作伙伴。由此來(lái)看Skype應(yīng)該是使用了Global IP Sound的編解碼器實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音通訊。
3.4 好友列表
Skype的好友列表沒(méi)有保存在服務(wù)器上，而是保存在本地的注冊(cè)表中，并進(jìn)行了加密。這就使得用戶如果更換了另外一臺(tái)電腦之后需要重新構(gòu)建好友列表。
3.5 加密
Skype使用AES（Advanced Encryption Standard）加密標(biāo)準(zhǔn)，這也是美國(guó)政府使用的一個(gè)加密標(biāo)準(zhǔn)。Skype采用了256比特加密，可能的密鑰有1.1×1077個(gè)。
3.6 NAT與防火墻
Skype應(yīng)該是使用了STUN和TURN協(xié)議來(lái)檢測(cè)所處的NAT及防火墻環(huán)境。Skype定期的刷新這些信息，這些信息也是存儲(chǔ)在注冊(cè)表中的。與另外一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)文件共享系統(tǒng)Kazza不同，普通客戶端無(wú)法阻 止自己成為Super Node（SN），就是說(shuō)它隨時(shí)可能被征用成為別人登錄服務(wù)和廣播服務(wù)的提供者，就是類似于BT中的種子提供者的角色。
4、Skype的主要功能
Skype的功能主要可以分為：初始化，登錄，用戶搜索，呼叫建立與終止，媒體傳輸和狀態(tài)消息。
4.1 初始化
第一次安裝后，Skype會(huì)發(fā)送一段HTTP 1.1的請(qǐng)求給中 央服務(wù)器，包括關(guān)鍵字“installed”以及所裝Skype的版本號(hào)。以后的每次登錄Skype都會(huì)向中央服務(wù)器發(fā)送一小段包含關(guān)鍵字 “getlatestversion”的HTTP 1.1請(qǐng)求，檢查是否有新版本的Skype。
4.2 登錄
登錄是Skype最重要的功能，如圖2所示。在這個(gè)過(guò)程中，Skype終端到登錄服務(wù)器上驗(yàn)證用戶名密碼，廣播給在線上的好友及其它節(jié)點(diǎn)，檢查 NAT和防火墻的類型，發(fā)現(xiàn)擁有公網(wǎng)IP地址的在線Skype節(jié)點(diǎn)，這些新發(fā)現(xiàn)的節(jié)被用于在所在Super Node無(wú)法使用后繼續(xù)保持本機(jī)與Skype網(wǎng)絡(luò)的連接。如果HC中所有的節(jié)點(diǎn)地址均不可用的話，登錄失敗。通過(guò)分析這些登錄失敗的過(guò)程，我們可以得出一個(gè)完整的Skype登錄過(guò)程：
Skype的登錄過(guò)程
先發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包，如果5秒后沒(méi)有響應(yīng)，就用TCP，發(fā)送登錄請(qǐng)求到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的80端口；如果仍然失敗，就通過(guò)TCP發(fā)送登錄請(qǐng)求到443端 口，等待6秒鐘，如果仍然失敗就顯示無(wú)法登錄。整個(gè)的登錄過(guò)程可以重復(fù)4次。連接的對(duì)象是保存在本機(jī)中Host Cache中的節(jié)點(diǎn)列表。
4.3 用戶搜索
S kype使用全球索引（Global Index，GI）技術(shù)進(jìn)行用戶搜索，在72小時(shí)內(nèi)登錄過(guò)的用戶，無(wú)論是處在公眾網(wǎng)還是私有網(wǎng)絡(luò)中都能找到?？蛻舳丝梢酝ㄟ^(guò)發(fā)送TCP包向SC發(fā)送請(qǐng)求，也可以通過(guò)UDP包向其他SC發(fā)送查詢請(qǐng)求。SC將結(jié)果發(fā)回客戶端。
4.4 呼叫建立與終止
Skype采用了32kbps的語(yǔ)音編碼以保證語(yǔ)音質(zhì)量，其信令通過(guò)TCP傳遞，而語(yǔ)音數(shù)據(jù)則通過(guò)TCP和UDP進(jìn)行傳輸，信令和語(yǔ)音數(shù)據(jù)使用 不同的端口號(hào)。Skype能夠向好友列表中的用戶發(fā)送呼叫請(qǐng)求。為了保證信令傳輸?shù)目煽啃裕帕钍冀K是通過(guò)TCP進(jìn)行的。如果雙方都是在公眾網(wǎng)中，有獨(dú)立的公用IP，那么主叫用戶和被叫用戶通過(guò)challenge-response機(jī)制直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如果有一方位于私有網(wǎng)絡(luò)或者是防火墻之后，那么私有網(wǎng)絡(luò)一方需要首先同公眾網(wǎng)中的至少一個(gè)SN建立TCP鏈接，然后由SN進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。如果雙方都位于私有網(wǎng)絡(luò)中，那么雙方的數(shù)據(jù)都需要SN進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
4.5 媒體傳輸和狀態(tài)消息
如果雙方都位于公眾網(wǎng)中，雙方可以使用UDP包直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。Skype的語(yǔ)音數(shù)據(jù)包的大小一般是67 bytes，正好是UDP包的凈荷。對(duì)于100M bps的以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，每秒可傳送140個(gè)語(yǔ)音數(shù)據(jù)包。一般來(lái)說(shuō)，上下行語(yǔ)音傳輸所需的平均帶寬為5 kbps。如果有其中一方或者雙方都位于私有網(wǎng)絡(luò)中，就需要通過(guò)TCP同SN進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由SC充當(dāng)媒體代理服務(wù)器的角色，此時(shí)一個(gè)語(yǔ)音數(shù)據(jù)包的大小一般為69 bytes。在可能的情況下，Skype會(huì)優(yōu)先選擇UDP協(xié)議進(jìn)行通信。
5、結(jié)束語(yǔ)
Skype是第一個(gè)利用P2P技術(shù)進(jìn)行語(yǔ)音通信的VoIP工具，能夠提供較好的通話質(zhì)量。Skype能夠透過(guò)防火墻進(jìn)行無(wú)縫通信，安裝使用也很 簡(jiǎn)單。隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷普及。VoIP技術(shù)已經(jīng)取得了越來(lái)越多的應(yīng)用。有的運(yùn)營(yíng)商甚至開(kāi)始和Skype合作提供語(yǔ)音服務(wù)，這是一個(gè)新的趨勢(shì)。如何在新技術(shù) 不斷普及的同時(shí)保證運(yùn)營(yíng)商在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中的核心地位，是一個(gè)值得研究的課題
