9.3.2 Skype的工作原理_P2P技术全面解析_[共6页]

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2024年6月6日发(作者：)

第9章 P2P VoIP的技术分析

类型；二是建立隧道，也就是通常所说的在NAT设备上进行“打洞”，完成输出和输入消息

的NAT穿越。应用程序启动时，在向超级节点进行连接时就完成了NAT和防火墙类型的检

测。通过中继节点传输消息时大部分通信都采用UDP连接，但如果UDP端口被防火墙阻止，

内部节点则会与中继节点建立TCP连接，用于消息的输入和输出。

9.3 Skype技术

9.3.1 Skype概述

Skype是由KaZaa于2003年发明的基于P2P技术的VoIP应用软件，用户可以通过Skype

在互联网上进行语音和文本的传输。Skype公司于2003年8月推出首个产品，截至2006年，

已经成为VoIP的顶级提供商，注册用户超过1亿，同时在线的用户数超过500万。仅从Skype

的功能上看，Skype是一款提供语音对话、即时消息、文件传输和电话会议的即时通信工具，

和MSN、QQ在功能上差别不大。但是Skype的底层构架和关键技术与以往的即时通信软件

有很大的不同，总的来说，有以下3点，这些也正是Skype取得巨大成功的重要原因。

（1）采用P2P系统结构。Skype系统采取了P2P系统结构，避免了中心服务设备的瓶颈

问题。

（2）NAT和防火墙穿越。Skype在设计中，考虑了NAT和防火墙的影响，实现了完整的

NAT和防火墙穿越方案。

（3）高效的音频编解码器。Skype的音频编解码器由专门开发商设计，可以在占用较少

带宽的情况下完成高质量的通话。

Skype是基于KaZaa框架的对等网络应用系统。与KaZaa的结构类似，Skype系统中的

节点可以分为两类：普通节点和超级节点。普通节点仅通过运行Skype应用来进行语音通话

和消息传递。超级节点也是一组运行Skype应用的节点，只不过超级节点必须具备一些特殊

条件：第一，超级节点必须具有一个公网IP；第二，超级节点的处理能力、存储能力和带宽

要高于普通节点。普通节点和超级节点都需要先通过登录服务器来加入Skype覆盖网。登录

服务器不是Skype覆盖网的组成部分，是一个特殊的控制节点。登录服务器记载了

Skype系

统的所有用户的登录信息（主要包括用户名和密码），同时还要验证用户的登录合法性，并保

证用户名字符串在整个Skype覆盖网上的唯一性。

由于Skype覆盖网采用的是对等网络的分布式组织方式，因此，每个Skype节点还必须

建立和维护一定的路由信息和拓扑维护信息。在本章后面的介绍中，普通Skype节点被称为

SC（Skype Client），超级节点被称为SN（Super Node），每个SC上保存的主机列表被称为

HC（Host Cache）

[2][5][6]

。

9.3.2 Skype的工作原理

1．Skype的网络结构

Skype的网络结构如图9-6所示。图中黑点代表普通节点，大黑点代表超级节点，灰色

的点是登录服务器。普通节点必须连接到超级节点，并且需要在Skype的登录服务器上注册

登录。Skype可以看作是一个叠加在互联网之上的网络，与传统的集中式VoIP通信方式最大

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P2P技术全面解析

的不同在于其除了用户登录，其余工作基本不依赖中心服务器。每一个客户端都维护一个可

以到达的主机列表（HC），列表中包含可到达主机的IP地址和端口号信息。

2．Skype的主要功能构件

Skype节点的主要功能有监听特定端口的语音呼叫信

号、维护主机列表、使用宽频带音频编码、维护好友列表、

加密端到端传输的信息和确定NAT和防火墙信息。因此

其功能构件就是端口、主机列表、编解码器、好友列表，

加密及NAT与防火墙

[2][5][6]

。

（1）端口

打开Skype的连接属性对话框，其中可以设置监听的

端口号，Skype系统在运行中会监听该端口的语音呼叫。

安装Skype软件时系统会随机定义该端口，这点与SIP和

HTTP等其他网络应用程序不同，Skype没有特定的监听

端口。除了设置的监听端口号外，Skype节点同时也会监

听HTTP应用的80端口和HTTPS应用的443端口。

（2）主机列表

主机列表（HC）是Skype最重要的部分之一，在主

机列表中记录和维护当前Skype节点所连接到的一组超

级节点的IP地址和端口号。为了正常工作，在HC中需

要至少保证一条记录是当前可用的，即要保证列表中的一

图9-6 Skype的网络结构

个超级节点是当前可用的。一般Skype节点的HC中会保存有多个固定的由Skype提供商提

供的超级节点，以保证在HC中多数情况下都存在可用的超级节点。HC通常被保存在

Windows操作系统注册表中的HKEY_CURRENT_ USER/SOFTWARE/SKYPE/PHONE/

LIB/CONNECTION/HOSTCACHE键值下，HC的最大条目数为200条。Skype采用HC的原

因就是由于其采用的是P2P构架，要求每个Skype节点必须建立和维护一定的路由信息和拓

扑维护信息，其他P2P应用系统也使用的是相似的主机列表。

（3）编解码器

iSAC以及iPCM。

Skype使用了3种音频编码方案：由Global IP Sound公司开发的iLBC

、

Skype所采用的音频编码范围为50～8 000Hz，频带很宽，因此其编码方案称为宽频带编码

技术。

（4）好友列表

与传统的VoIP不同，Skype的好友列表并没有保存在登录服务器上，而是仅存储在本地

主机的Windows操作系统的注册表中，Skype对存储的内容还进行了数字签名和加密。由于

好友列表仅存储于用户本地的计算机中，这就使得用户在不同的计算机上登录Skype时，需

要重新构建好友列表。

（5）加密

Skype使用高级加密标准（AES，Advanced Encryption Standard）方式进行加密，这也是

美国政府使用的一个加密标准。Skype采用了256比特加密，即总共可以有1.1×10

77

个不同

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