1、概述

　　Skype是由Kazaa于2003年發明的基于P2P 技術的VoIP客戶端，用戶可以通過Skype通過互聯網進行語音和文本的傳輸。 Skype的通訊協議是不公開的，而且通訊內容是加過密的，哥倫比亞大學的Baset和Schulzrinne完全在實驗的基礎上對Skype的通訊機制 進行分析，通過分析得出的結論主要有三個：

 　　  （1）Skype的通話質量較MSN和Yahoo的即時通信工具要好；

　　   （2）可以無縫的在NATs和防火墻后使用；

　　   （3）安裝使用起來非常簡單。

2、Skype的網絡結構

　　Skype的節點有兩種：客戶端（ordinary node）和超級節點（super node，SN）。客戶端必須鏈接到超級節點，并且在Skype的中央服務器登錄。中央服務器保存用戶的用戶名和密碼，完成登錄的認證工作。圖1中的小黑點是客戶端，大黑點是超級節點（用于為其它客戶端提供登錄跳板及廣播服務），灰色的點是Skype的登錄服務器。

　　Skype可以看作是一個疊加在互聯網之上的網絡。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器。 Skype在穿透防火墻通訊時完全使用了Peer to Peer，而沒用到中央服務器。每一個客戶端都維護一個可以到達的主機列表（host cache，HC），包括其IP地址和端口號。

Skype的網絡結構 

　　用戶下載安裝完Skype后，Skype客戶端會發送一段HTTP 1.1的請求到中央服務器，告訴它我裝完了一個什么樣的版本，服務器會返回一個200 OK的信息。客戶端會進行登錄初始化工作，針對三種不同類型的網絡情況有三種不同的登錄方式：

　　（1）直接有公眾網的IP

　　（2）在內部網，可以通過TCP訪問外部網絡

　　（3）在內部網，但只能通過有限的幾個端口（例如80和443）訪問外部網絡

　　Skype在登錄的時候會先使用UDP請求HC中的 IP，如果不行，就用TCP請求HC中的IP及端口，如果還不行。就用TCP請求HC中的 IP及80端口，如果又不行，就再請求HC中的IP及443端口。如果這時候還不行，那就登錄不了了。整個過程中傳輸的數據量大概在8k-10k，持續的 時間在3至35秒。

　　3、Skype的主要組成部分

　　3.1　端口

　　在Skype的連接屬性對話框中可以設置監聽的端口號，在安裝的時候Skype會隨機的選擇一個端口作為監聽的端口，這一點與HTTP協議等不同，Skype沒有默認的服務端口。同時，它還會打開對80和 443端口的監聽。80是常見的HTTP服務默認端口，而443則是HTTPS服務的默認端口。

　　3.2　主機列表

　　這里的主機指的是可以提供跳板及廣播服務的SN的IP地 址和端口號，這是Skype最重要的部分之一，HC中至少要有一個可用的主機地址和端口號。通常它被存儲在注冊表里的 HKEY_CURRENT_USER/SOFTWARE/Skype/PHONE/LIB/CONNEC- TION/HOSTCACHE中。一般情況下，在Skype運行兩天后，HC中的SN地址及對應的端口號會達到約200個。

　　3.3　編解碼器

　　Skype采用了iLBC、iSAC和一個保密的編解碼器，能夠對50-8,000 Hz范圍內的語音信號進行編碼。Global IP Sound已經實現了iLBC和iSAC編解碼器，其網站表明了Skype是他們的合作伙伴。由此來看Skype應該是使用了Global IP Sound的編解碼器實現的語音通訊。

　　3.4　好友列表

　　Skype的好友列表沒有保存在服務器上，而是保存在本地的注冊表中，并進行了加密。這就使得用戶如果更換了另外一臺電腦之后需要重新構建好友列表。

　　3.5　加密

　　Skype使用AES（Advanced Encryption Standard）加密標準，這也是美國政府使用的一個加密標準。Skype采用了256比特加密，可能的密鑰有1.1×1077個。

　　3.6　NAT與防火墻

　　Skype應該是使用了STUN和TURN協議來檢測所處的NAT及防火墻環境。Skype定期的刷新這些信息，這些信息也是存儲在注冊表中的。與另外一個點對點文件共享系統Kazza不同，普通客戶端無法阻止自己成為Super Node（SN），就是說它隨時可能被征用成為別人登錄服務和廣播服務的提供者，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，媒體傳輸和狀態消息。

　　4.1　初始化

　　第一次安裝后，Skype會發送一段HTTP 1.1的請求給中 央服務器，包括關鍵字“installed”以及所裝Skype的版本號。以后的每次登錄Skype都會向中央服務器發送一小段包含關鍵字 “getlatestversion”的HTTP 1.1請求，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。在這個過程中，Skype終端到登錄服務器上驗證用戶名密碼，廣播給在線上的好友及其它節點，檢查 NAT和防火墻的類型，發現擁有公網IP地址的在線Skype節點，這些新發現的節被用于在所在Super Node無法使用后繼續保持本機與Skype網絡的連接。如果HC中所有的節點地址均不可用的話，登錄失敗。通過分析這些登錄失敗的過程，我們可以得出一個完整的Skype登錄過程：

Skype的登錄過程 

　　先發送UDP數據包，如果5秒后沒有響應，就用TCP，發送登錄請求到目標節點的80端口；如果仍然失敗，就通過TCP發送登錄請求到443端 口，等待6秒鐘，如果仍然失敗就顯示無法登錄。整個的登錄過程可以重復4次。連接的對象是保存在本機中Host Cache中的節點列表。

　　4.3　用戶搜索

　　S kype使用全球索引（Global Index，GI）技術進行用戶搜索，在72小時內登錄過的用戶，無論是處在公眾網還是私有網絡中都能找到。客戶端可以通過發送TCP包向SC發送請求，也可以通過UDP包向其他SC發送查詢請求。SC將結果發回客戶端。

　　4.4　呼叫建立與終止

　　Skype采用了32kbps的語音編碼以保證語音質量，其信令通過TCP傳遞，而語音數據則通過TCP和UDP進行傳輸，信令和語音數據使用 不同的端口號。Skype能夠向好友列表中的用戶發送呼叫請求。為了保證信令傳輸的可靠性，信令始終是通過TCP進行的。如果雙方都是在公眾網中，有獨立的公用IP，那么主叫用戶和被叫用戶通過challenge-response機制直接進行數據交換。如果有一方位于私有網絡或者是防火墻之后，那么私有網絡一方需要首先同公眾網中的至少一個SN建立TCP鏈接，然后由SN進行數據轉發。如果雙方都位于私有網絡中，那么雙方的數據都需要SN進行轉發。

　　4.5　媒體傳輸和狀態消息

　　如果雙方都位于公眾網中，雙方可以使用UDP包直接進行數據交換。Skype的語音數據包的大小一般是67 bytes，正好是UDP包的凈荷。對于100M bps的以太網來說，每秒可傳送140個語音數據包。一般來說，上下行語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絡中，就需要通過TCP同SN進行數據交換，由SC充當媒體代理服務器的角色，此時一個語音數據包的大小一般為69 bytes。在可能的情況下，Skype會優先選擇UDP協議進行通信。

　　5、結束語

　　Skype是第一個利用P2P技術進行語音通信的VoIP工具，能夠提供較好的通話質量。Skype能夠透過防火墻進行無縫通信，安裝使用也很 簡單。隨著互聯網的不斷普及。VoIP技術已經取得了越來越多的應用。有的運營商甚至開始和Skype合作提供語音服務，這是一個新的趨勢。如何在新技術 不斷普及的同時保證運營商在傳統通信網絡中的核心地位，是一個值得研究的課題。