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SKYPE协议分析

1、概述

  Skype是由Kazaa2003年发明的基于P2P 技术的VoIP客户端,用户可以通过Skype通过互联网进行语音和文本的传输。 Skype的通讯协议是不公开的,而且通讯内容是加过密的,哥伦比亚大学的BasetSchulzrinne完全在实验的基础上对Skype的通讯机制 进行分析,通过分析得出的结论主要有三个:

     1Skype的通话质量较MSNYahoo的即时通信工具要好;

     2)可以无缝的在NATs和防火墙后使用;

     3)安装使用起来非常简单。

2Skype的网络结构

  Skype的节点有两种:客户端(ordinary node)和超级节点(super nodeSN)。客户端必须链接到超级节点,并且在Skype的中央服务器登录。中央服务器保存用户的用户名和密码,完成登录的认证工作。图1中的小黑点是客户端,大黑点是超级节点(用于为其它客户端提供登录跳板及广播服务),灰色的点是Skype的登录服务器。

  Skype可以看作是一个叠加在互联网之上的网络。与以往MSNIM工具最大的不同在于其除了用户登录,其余工作基本不依赖中央服务器。 Skype在穿透防火墙通讯时完全使用了Peer to Peer,而没用到中央服务器。每一个客户端都维护一个可以到达的主机列表(host cacheHC),包括其IP地址和端口号。

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Skype的网络结构 

 

  用户下载安装完Skype后,Skype客户端会发送一段HTTP 1.1的请求到中央服务器,告诉它我装完了一个什么样的版本,服务器会返回一个200 OK的信息。客户端会进行登录初始化工作,针对三种不同类型的网络情况有三种不同的登录方式:

  1)直接有公众网的IP

  (2)在内部网,可以通过TCP访问外部网络

  (3)在内部网,但只能通过有限的几个端口(例如80443)访问外部网络

  Skype在登录的时候会先使用UDP请求HC中的 IP,如果不行,就用TCP请求HC中的IP及端口,如果还不行。就用TCP请求HC中的 IP80端口,如果又不行,就再请求HC中的IP443端口。如果这时候还不行,那就登录不了了。整个过程中传输的数据量大概在8k-10k,持续的 时间在335秒。

  3Skype的主要组成部分

  3.1 端口

  在Skype的连接属性对话框中可以设置监听的端口号,在安装的时候Skype会随机的选择一个端口作为监听的端口,这一点与HTTP协议等不同,Skype没有默认的服务端口。同时,它还会打开对80 443端口的监听。80是常见的HTTP服务默认端口,而443则是HTTPS服务的默认端口。

  3.2 主机列表

  这里的主机指的是可以提供跳板及广播服务的SNIP地 址和端口号,这是Skype最重要的部分之一,HC中至少要有一个可用的主机地址和端口号。通常它被存储在注册表里的 HKEY_CURRENT_USER/SOFTWARE/Skype/PHONE/LIB/CONNEC- TION/HOSTCACHE中。一般情况下,在Skype运行两天后,HC中的SN地址及对应的端口号会达到约200个。

  3.3 编解码器

  Skype采用了iLBCiSAC和一个保密的编解码器,能够对50-8,000 Hz范围内的语音信号进行编码。Global IP Sound已经实现了iLBCiSAC编解码器,其网站表明了Skype是他们的合作伙伴。由此来看Skype应该是使用了Global IP Sound的编解码器实现的语音通讯。

  3.4 好友列表

  Skype的好友列表没有保存在服务器上,而是保存在本地的注册表中,并进行了加密。这就使得用户如果更换了另外一台电脑之后需要重新构建好友列表。

  3.5 加密

  Skype使用AESAdvanced Encryption Standard)加密标准,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,可能的密钥有1.1×1077个。

  3.6 NAT与防火墙

  Skype应该是使用了STUNTURN协议来检测所处的NAT及防火墙环境。Skype定期的刷新这些信息,这些信息也是存储在注册表中的。与另外一个点对点文件共享系统Kazza不同,普通客户端无法阻止自己成为Super NodeSN),就是说它随时可能被征用成为别人登录服务和广播服务的提供者,就是类似于BT中的种子提供者的角色。

4Skype的主要功能

  Skype的功能主要可以分为:初始化,登录,用户搜索,呼叫建立与终止,媒体传输和状态消息。

  4.1 初始化

  第一次安装后,Skype会发送一段HTTP 1.1的请求给中 央服务器,包括关键字“installed”以及所装Skype的版本号。以后的每次登录Skype都会向中央服务器发送一小段包含关键字 “getlatestversion”HTTP 1.1请求,检查是否有新版本的Skype


  4.2 登录

  登录是Skype最重要的功能,如图2所示。在这个过程中,Skype终端到登录服务器上验证用户名密码,广播给在线上的好友及其它节点,检查 NAT和防火墙的类型,发现拥有公网IP地址的在线Skype节点,这些新发现的节被用于在所在Super Node无法使用后继续保持本机与Skype网络的连接。如果HC中所有的节点地址均不可用的话,登录失败。通过分析这些登录失败的过程,我们可以得出一个完整的Skype登录过程:

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Skype的登录过程 

 

  先发送UDP数据包,如果5秒后没有响应,就用TCP,发送登录请求到目标节点的80端口;如果仍然失败,就通过TCP发送登录请求到443端 口,等待6秒钟,如果仍然失败就显示无法登录。整个的登录过程可以重复4次。连接的对象是保存在本机中Host Cache中的节点列表。

  4.3 用户搜索

  S kype使用全球索引(Global IndexGI)技术进行用户搜索,在72小时内登录过的用户,无论是处在公众网还是私有网络中都能找到。客户端可以通过发送TCP包向SC发送请求,也可以通过UDP包向其他SC发送查询请求。SC将结果发回客户端。

  4.4 呼叫建立与终止

  Skype采用了32kbps的语音编码以保证语音质量,其信令通过TCP传递,而语音数据则通过TCPUDP进行传输,信令和语音数据使用 不同的端口号。Skype能够向好友列表中的用户发送呼叫请求。为了保证信令传输的可靠性,信令始终是通过TCP进行的。如果双方都是在公众网中,有独立的公用IP,那么主叫用户和被叫用户通过challenge-response机制直接进行数据交换。如果有一方位于私有网络或者是防火墙之后,那么私有网络一方需要首先同公众网中的至少一个SN建立TCP链接,然后由SN进行数据转发。如果双方都位于私有网络中,那么双方的数据都需要SN进行转发。

  4.5 媒体传输和状态消息

  如果双方都位于公众网中,双方可以使用UDP包直接进行数据交换。Skype的语音数据包的大小一般是67 bytes,正好是UDP包的净荷。对于100M bps的以太网来说,每秒可传送140个语音数据包。一般来说,上下行语音传输所需的平均带宽为5 kbps。如果有其中一方或者双方都位于私有网络中,就需要通过TCPSN进行数据交换,由SC充当媒体代理服务器的角色,此时一个语音数据包的大小一般为69 bytes。在可能的情况下,Skype会优先选择UDP协议进行通信。

  5、结束语

  Skype是第一个利用P2P技术进行语音通信的VoIP工具,能够提供较好的通话质量。Skype能够透过防火墙进行无缝通信,安装使用也很 简单。随着互联网的不断普及。VoIP技术已经取得了越来越多的应用。有的运营商甚至开始和Skype合作提供语音服务,这是一个新的趋势。如何在新技术 不断普及的同时保证运营商在传统通信网络中的核心地位,是一个值得研究的课题。

 

 

posted on 2008-12-27 16:38 肥仔 阅读(1152) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: 网络编程


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