Skype网络电话技术探析

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2024年3月29日发(作者：)

第２６卷第７期　电脑开发与应用　

文章编号：１００３—５８５０（２０１３）０７—００３５—０３　

Ｓｋｙｐｅ网络电话技术探析　

张志丽　

（山西经贸职业学院信息工程系，太原０３００２４）　

摘要：Ｓｋｙｐｅ网络电话技术是近年来兴起的对传统电信业冲击较大的一项技术，拥有全球近３亿的用户数，２０１２　

年被微软收购以来使用率上涨了５８％，已成为全球最重要的网络通讯服务。对其网络结构及运行机制进行了深入探　

析，特别是用户登录过程、搜索机制等，为以后国内网络电话技术研究提供了借鉴和参考。　

关键词：Ｓｋｙｐｅ，Ｐ２Ｐ，登录服务器，超级节点　

中图分类号：ＴＰ３９３．４　文献标识码：Ａ　

Ａｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｋｙｐｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ＺＨＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｌｉ　

（Ｓｈａｎｘｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＥｃｏｎｏｍｗｓ　ａｎｄ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｃｄｙｕａｎ，０３００２４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｋｙｐｅ　ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｔｅｌｅｐｈｏｎｙ　ｉｓ　ａ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ａ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｉｍｐａｃｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｔｅｌｅｃｏｍ　

ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅ　ｓｋｙｐｅ　ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｔｅｌｅｐｈｏｎｙ　ｈａｓ　ｎｅａｒｌｙ　３００　ｍｉｌｌｉｏｎ　ｕｓｅｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ．Ｉｔｓ　ｕｔｉｌｉｚａ　

ｔｉｏｎ　ｒｏｓｅ　５８％ｓｉｎｃｅ　ａｃｑｕｉｒｅｄ　ｂｙ　Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ｉｎ　２０１２．Ｎｏｗ，ｉｔ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ’Ｓ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａ　

ｔｉｏｎｓ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ’Ｓ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｄｅｐｔｈ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｕｓｅｒ　ｌｏｇｉｎ　

ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｅａｒｃｈ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｗｏｒｋ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｔｅｌｅｐｈｏｎｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　

ｆｕｔｕｒｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｋｙｐｅ，Ｐ２Ｐ，ｌｏｇｉｎ　ｓｅｒｖｅｒ，ｓｕｐｅｒ　ｎｏｄｅ　

１　Ｓｋｙｐｅ简介　

Ｓｋｙｐｅ是由ＴＯＭ在线和Ｓｋｙｐｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｓ．Ａ．　

责验证并保存用户登录信息，记录、统计Ｓｋｙｐｅ网络　

运行日志等。　

２－２普通节点　

联合推出的互联网即时语音沟通工具。它采用Ｐ２Ｐ　

网络技术，不依赖于中心服务器，这不但增加了其安　

全性，而且也易于保证优质的实时通话质量。　

普通节点就是安装了Ｓｋｙｐｅ软件的终端，实现一　

般的语音呼叫、即时消息和文件传送功能。　

２．３超级节点　

超级节点是从普通节点中按一定规则选举出来　

２　Ｓｋｙｐｅ网络结构　

Ｓｋｙｐｅ网络中有两种节点：普通节点、超级节点，　

结合了纯Ｐ２Ｐｔ　】和混合式Ｐ２Ｐ的特点，设定超级节点　

作为分布式中心实体，减轻Ｓｋｙｐｅ网络登录服务器的　

的任意一台具有公网ＩＰ的主机。它既具有普通节点　

的功能，同时还保持与部分普通节点的ＴＣＰ连接，接　

运行负担，因此Ｓｋｙｐｅ为全分布式架构。Ｓｋｙｐｅ的登录　

服务器（１ｏｇｉｎ　ｓｅｒｖｅｒ）全球只有几个点，如图ｌ所示。　

２．１登录服务器（Ｉｏｇｉｎ　ｓｅｒｖｅｒ）　

受普通节点的用户搜索任务，充当部分普通节点通话　

过程中的中转者角色。某个节点是否成为一个超级节　

点不由其自身决定，后文中简称其为ＳＮ。　

３　Ｓｋｙｐｅ运行机制　

Ｓｋｙｐｅ用户可通过Ｓｋｙｐｅ的官方网站方便下载客　

登录服务器是Ｓｋｙｐｅ官方运行的中心服务器，负　

收稿日期：２０１３—０３—１１。修回日期：２０１３—０６—１０　

作者简介：张志丽，女，１９８１年生，硕士，助教，研究方向：计算机应用技术，计算机网络，网络安全。　

・

３６・　（总０５２０）　Ｓｋｙｐｅ网络电话技术探析　２０１３年第７期　

户端软件，在安装并启动客户端软件后，需要注册／　

验证用户名，由于Ｓｋｙｐｅ采用分布式Ｐ２Ｐ网络结构，　

用户向登录服务器注册／验证之前必须与ＳＮ建立　

ＴＣＰ连接，然后通过ＳＮ登录ｌｏｇｉｎ　ｓｅｒｖｅｒ。　

图１　Ｓｋｙｐｅ网络结构　

搜索好友过程，采用全球索引技术（ｇｌｏｂａｌ　ｉｎｄｅｘ　

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）；通话过程，信令通过ＴＣＰ传输，而语音数　

据则尽量通过ＵＤＰ传输，以便提高传输效率；传输过　

程，采用端到端的多种编码、加密技术，保证通话的安　

全性。Ｓｋｙｐｅ运行流程如图２所示。　

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图２　Ｓｋｙｐｅ运行机制不意图　

３．１登录　

图３是ＨＣ中只有一个ＳＮ节点信息时的登录过　

程。登录过程涉及到几个问题，下面分别来介绍。　

３．１．１端　口　

在网络链接设置中，每一个Ｓｋｙｐｅ客户端默认打　

开３个端口，其中一个是为了监听ＴＣＰ和ＵＤＰ链　

接，另外还打开８０端口和４４３端口作为备用端口，以　

监听ｈｔｔｐ和ｈｔｔｐｓ链接。　

３．１．２　ＨＣ列表　

ＨＣ（ｈｏｓｔ　ｃａｃｈｅ）是一个由ＳＮ的｛ＩＰ，ＰＯＲＴ｝对组　

成的列表，由ｓＣ构建并周期性刷新。ＨＣ中需至少有　

ｌ组可用的ｓＮ信息，即一个在线的Ｓｋｙｐｅ节点｛ＩＰ，　

ＰＯＲＴ｝对信息，否则，用户将无法登录。ＨＣ存储在　

Ｗｉｎｄｏｗｓ注册表中，一般一个运行２天的ＳＣ的ＨＣ　

中包含最多２００个ｓＮ人口信息，可以采用Ｐ２Ｐ中　

ｃｈｏｒｄ算法Ｉ２定位某个节点。　

图３　ＳＣ登录ＳＮ节点过程　

为了保障第１次启动后正常登录，在Ｓｋｙｐｅ程序　

中写入了一组引导超级节点（ｂｏｏｔｓｔｒａｐ　ｓｕｐｅｒ　ｎｏｄｅ），　

这些节点随着Ｓｋｙｐｅ版本的更新而变化，而在Ｓｋｙｐｅ　

之后的运行过程中，则由Ｓｋｙｐｅ程序动态监听并获取　

有效的ＳＮ节点信息，维持一个在线的、可到达的ＳＮ　

｛ＩＰ，ＰＯＲＴ｝对列表。　

３．１．３第一次登录与后续登录　

第１次登录　

在安装完成第１次启动后，ＳＣ会向某些引导超　

级节点发送ＵＤＰ数据报并且等待回应，然后与发回　

回应信息的节点建立ＴＣＰ链接。在整个通话过程中　

ｓｃ只与其中一个引导超级节点保持链接。在交换一　

些ＴＣＰ数据包后，Ｓｃ会从超级节点处获取到ｌｏｇｉｎ　

ｓｅｒｖｅｒ的地址，然后与之建立ＴＣＰ链接，进行用户信　

息认证，该过程采用ｃｈａｌｌｅｎｇｅ—ｒｅｓｐｏｎｓｅｔ３认证机制，完　

成认证后关闭ＴＣＰ链接。　

后续登录　

在ＳＣ第１次登录后，会建立自己的ＨＣ列表，周　

期性更新｛ＩＰ，ＰＯＲＴ｝对。该更新过程中，ＳＣ向多个节　

点发送ＵＤＰ数据报，若收到回应，则说明对方不是处　

在防火墙（ＵＤＰ受限）的后面，而且其一定在线，这样　

将对方地址保存在ＨＣ中，以便在当前ＳＮ节点掉线　

的时候作为备选连接。若记录了多个这样的备选节　

点，ＳＣ会使用Ｓｋｙｐｅ软件自身的登录算法从ＨＣ中选　

第２６卷第７期　电脑开发与应用　

择一个可到达的ＳＮ信息对，然后与之建立ＴＣＰ链接。　

３．１．４登录节点位置　

Ｓｋｙｐｅ网络中的节点按其网络环境可分为以下３　

种，图４是它们登录过程中的不同之处。　

具有公网ＩＰ；　

位于端口受限的ＮＡＴ后面；　

位于端口受限ＮＡＴ和ＵＤＰ受限防火墙后面。　

对于有公网ＩＰ的客户端，会直接向ＳＮ节点发　

送ＵＤＰ包，之后与ＳＮ节点建立ＴＣＰ连接；对于后两　

种客户端，借助ＳＴＵＮ或ＴＵＲＮ协议得到ＮＡＴ或　

ｉｆｒｅｗａｌｌ类型信息，存储在其Ｗｉｎｄｏｗｓ注册表中并周　

期更新，这就是Ｓｋｙｐｅ能穿越ＮＡＴ和ｆｉｒｅｗａｌｌ的原　

因，极大地方便了各种网络环境用户的使用。　

图４不Ｉ司位置节点登录不意图　

３．２搜索用户　

Ｓｋｙｐｅ采用非集中式的全球搜索目录１５１的全球搜索　

引擎，保证最小时延，确保了搜索用户的高效性和准　

确性。Ｓｋｙｐｅ官方保证能查到最近７２　ｈ内曾经登录过　

并且存在的用户，查询过程如下：　

（１）客户端向其ＳＮ发送ＴＣＰ包，发出搜索请求；　

（２）ＳＮ返回４个可供查询节点的｛ＩＰ：ＰＯＲＴ｝；　

（３）客户端向这４个节点发送ＵＤＰ包，确认是否　

是要找的节点；　

（４）若未找到，客户端通过ＴＣＰ继续向ＳＮ发出　

搜索请求；　

（５）ＳＮ返回８个可供查询节点的｛ＩＰ：ＰＯＲＴ｝；　

（６）客户端向这８个节点发ＵＤＰ包，确认是否是　

要找的节点；　

（７）以此类推，整个过程持续到发现用户或确认　

用户不存在。　

在该过程中，客户端平均联系的节点为８个，对　

于处于ＵＤＰ受限防火墙之后的用户其查找结果则是　

存放在中转节点中。　

３．３连接建立和释放　

由于客户端可能处于３种不同的网络环境，这样　

会导致连接建立和释放过程的不同。如图５所示。双　

方都为公网ＩＰ的网络环境，直接通过ＴＣＰ传输呼叫　

信令和呼叫释放信令；呼叫者为端口受限ＮＡＴ，被叫　

者为公网ＩＰ的网络环境，通过中转节点建立ＴＣＰ连　

接，然后双方直接传输呼叫和呼叫撤销信令；双方都在　

ＮＡＴ和防火墙之后的网络环境，呼叫和呼叫释放信令　

均通过中转节点传输，而不是直接传输。　

此处的中转节点一般由ＳＮ节点充当，而且由哪　

个ＳＮ充当对用户是透明的。　

３．４多媒体传输和编码　

为了提高传输效率，语音数据则尽量通过ＵＤＰ　

传输，对于双方都处于ＮＡＴ和ｆｉｒｅｗＤｌ之后的客户端　

双方，则需通过ＴＣＰ传输，如图５所示。对于由中转　

节点传输语音数据的情况，我们无需担心用户通话被　

窃听，因为Ｓｋｙｐｅ采用了对消息进行端到端加密的机　

制，通过与ＧｌｏｂａｌＩＰＳｏｕｎｄ公司合作，引入语音质量　

增强软件，专门针对互联网的特点，从而降低了业务　

对带宽的要求。在２０１２年，Ｓｋｙｐｅ创造了名为“Ｏｐｕｓ”　

的全新音频编码，整合了自身的“ＳＩＬＫ”和Ｘｉｐｈ．Ｏｒｇ　

的“ＣＥＬＴ”代码，能够在窄带宽情况下达到ＣＤ级别　

的音质。　

匹　通ｍ　令ｊ　－通　传输语音数据Ｈ　器　

为

ＮＡ　Ｔ　￣ｌ，ｌｔｌ　

为公　Ｐ　ｒ—１一ＴｃＰ连接并传输呼呲

。

Ｉ铽Ｈ　信令ｒ—１　传输语音数据广１呼叫撤销嚣　信令ｊ　

舣片郝为端ｕ受　ＡＴ和　烈　呼ｌＪ【Ｉ情令和语音数据　．　中转节点迎ｌ　ＴＣＰ　

ｌ胛受　ｆｉｒｅｗａｌｌ后面ｆ—　均山Ｌ｝『转甘点通ｉ尘Ｉ℃Ｐ传输ｒ　传输呼¨ｌｌ撇销信令　

图５　３种网络环境中信令和语音数据传输方式　

４　结束语　

从网络的角度对Ｓｋｙｐｅ的运行机制进行了分析　

总结，其采用混合式Ｐ２Ｐ的网络结构，不但增强了安　

全性，而且提高了语音传输效率，支持网络的无限扩　

展。此外，Ｓｋｙｐｅ强大的端到端加密机制更是为其赢得　

了大众的青睐。微软总裁、Ｓｋｙｐｅ首席执行官Ｔｏｎｙ声　

称微软将在２０１３年第ｌ季度停止提供Ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ服　

务，并将其一亿用户整合到Ｓｋｙｐｅ中，Ｓｋｙｐｅ有可能成　

为有史以来对电信领域冲击力最大的技术。　

参考文献：　

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本文标签： 节点用户登录技术网络