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1基于P2P的Skype即时通信技术广东科技学院计算机系杨胜利2013年03月2二、基于P2P技术的Skype即时通信系统尽管即时通信软件的广泛流行，但是多数此类软件仍然采用的是传统的C/S模式，极大的在线用户数量需要服务器进行大量的用户管理和通信协调工作，从而制约了此类系统的发展。而P2P技术正是对传统C/S模式的一种颠覆。P2P作为一种网络模型，其中所有的结点（客户端）是对等的，各结点具有相同的责任和能力，能够协同完成任务。将P2P技术与即时通信系统结合起来，能较大地改善现有即时通信系统的维护性能高，可扩展性差的缺点。P2P技术在即时通信领域最经典、最成功的应用就是Skype。3二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype简介Skype为互联网带来了一个全新的通信时代，Skype，是支持语音通信的即时通信软件，可以进行高清晰语音聊天，联机双方网络顺畅时，音质可能超过普通电话。4二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype简介Skype和ICQ、MSN很像，不同的是，Skype采用点对点交换方式进行信息的传输，且特别增强语音传输功能。可以在网络上免费下载。下载后的Skype软件，可以快速简便地装入到电脑。只需简单的信息注册，在数分钟之内，便可以通过Skype与你的朋友通电话。双方通话采用密码传送方式，高度安全可靠。最好的一点是，Skype无须重新配置防火墙或路由器便可正常工作！Skype最重要的特点就是它具有VoIP的功能，利用P2P技术在互联网上进行语音传输。除了网内互打，也可以透过Skype拨打电话给只有固网电话或移动电话的朋友，这无疑是VOIP发展史上划时代的里程碑。“下载了一个Skype软件之后，我就知道完了。Skype通话的质量好极了而且是免费的，一切都结束了”。美国联邦通信委员会主席麦克尔·鲍威尔曾感叹道。5二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype简介正如麦克尔·鲍威尔所说，Skype的确优秀，它采用私有协议，所有的语音数据都进行端对端的加密，所有用户数据都是分布方式存储，同时它也支持即时消息和会议功能。Skype出现的重大意义源于，它证明了使用现有的Internet带宽资源进行高质量语音服务的可行性。同，语音通信可以是很便宜的。它的出现，使得传统电信行业不得不开始认真对待新一代通信机制的挑战。6二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype的VOIP功能VOIP是VoiceoverInternetProtocol的缩写，指的是将模拟的声音信号经过压缩与封包之后，以数据封包的形式在IP网络的环境进行语音讯号的传输。通俗来说也就是互联网电话、网络电话或者简称IP电话。1．VOIP的简史1995年以色列VocalTec公司所推出的InternetPhone，揭开了电信IP化的序幕，电信业的服务内容及面貌也为之剧变。一开始的网络电话是以软件的形式呈现，同时仅限于PCtoPC间的通话。随着宽频普及与相关网络技术的引进，网络电话也由单纯PCtoPC的通话形式，发展出IPtoPSTN（公共开关电话网络）、PSTNtoIP、PSTNtoPSTN及IPtoIP等各种形式，所有这些形式的共同点就是以IP网络为传输媒介，如此一来，电信业长久以PSTN电路交换网网络为传输媒介的惯例及独占性随着VOIP的出现也逐渐被打破。7二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype的VOIP功能2．Skype的网络通信是怎样实现的传统的电话网络，我们称之为模拟电话网或PSTN网，我们利用它来通话，其间所有的语音都是模拟信号在PSTN网上传输；而在Internet上，所有的数据，包括语音都是数字信号在Internet上传输。现在VOIP电话可以穿透两大网络，使Internet上的数字语音信号和PSTN网上的模拟语音信号相互转换。利用互联网来传送语音，无论何时何地，只要接入到Internet网络，就可以实现全球任何两点之间的语音通话。Skype的VOIP功能，让你在享受快捷的呼叫连接、清晰的通话质量、免费的通话费用的同时，也保证了信息传递的安全、有效、正确。如图所示的就是电话语音在Internet中传输的模型。8二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype的VOIP功能9二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype的VOIP功能3．VOIP的工作原理由VoiceoverIP的字面意义，可以直译为透过IP网络传输的语音信号或影像信号，所以VOIP就是一种可以在IP网络上互传模拟音讯或视讯的一种技术。简单地说，它是由一连串的转码、编码、压缩、打包等程序，好让该语音数据可以在IP网络上传输到目的端，然后再经由相反的程序，还原成原来的语音讯号以供接听者接收。VOIP的基本原理是：通过语音的压缩算法对语音数据编码进行压缩处理，然后把这些语音数据按TCP/IP标准进行打包，经过IP网络把数据包送至接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由互联网传送语音的目的。10二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype的VOIP功能IP电话的核心与关键设备是IP网关，它把各地区电话区号映射为相应的地区网关IP地址。这些信息存放在一个数据库中，有关处理软件将完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。在用户拨打长途电话时，网关根据电话区号数据库资料，确定相应网关的IP地址，并将此IP地址加入IP数据包中，同时选择最佳路由，以减少传输时延，IP数据包经Internet到达目的地的网关。在一些Internet尚未延伸到或暂时未设立网关的地区，可设置路由，由最近的网关通过长途电话网转接，实现通信业务。11二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype的VOIP功能进一步来说，VOIP大致通过5道程序来互传语音信号。(1)首先是将发话端的模拟语音信号进行编码的动作，目前主要是采用ITU-TG.711语音编码标准来转换。注意：ITU-G.711是一种由国际电信联盟(ITU-T)制定的音频编码方式，又称为G.711编码．(2)第二道程序则是将语音封包加以压缩，同时添加地址及控制信息。(3)第三道程序，也就是传输IP封包阶段，根据第二阶段得到的控制信息，将IP数据包传送到目的端。(4)到了目的端，IP封包会进行译码还原的作业，将IP数据还原成语音数据。(5)最后，将语音数据转挨成喇叭、听筒或耳机能播放的模拟语音信号。12二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype的VOIP功能在一个基本的VOIP架构之中，大致包含4个基本元素：分别为媒体网关器、媒体网关控制器、语音服务器和信号网关器，一个大型的VOIP架构图如图所示。13二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype的VOIP功能口媒体网关器(MediaGateway)：主要扮演将语音信号转换成为IP封包的角色。口媒体网关控制器（MediaGatewayController）：又称为GateKeeper或CallServer。主要负责管理信号传输与转换的工作。口语音服务器：主要提供电话不通、占线、忙线时的语音响应服务。口信号网关器（SignalingGateway）：主要工作是在交换过程中进行相关控制，以决定通话建立与否，以及提供相关应用的增值服务。14二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype的VOIP功能4．VOIP的市场需求及成长空间随着中国网络环境的不断改善，如带宽的增加，企业局域网的普遍建立，接入方式选择的增加等，网络通信系统的使用环境已经具备。同时语音的编解码技术、在IP网络上传输语音的技术也已经成熟，通话质量可以和传统电话相媲美。如今，VOIP电话（VOIP电话）的市场需求正在爆炸性地增长。根据ProbeResearch的报告，全球由互联网传输的语音信号在2000年为77亿分钟，而这一数字在2005年达到了57000亿分钟。增长的原因主要是：政府对电信网络管制的放松；服务供应商需要更快地通过新的服务来获得利润：VOIP电话信号质量与可靠性的大幅度提高。由此可以看到，VOIP电话具有巨大的市场发展潜力。15二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype的VOIP功能5.VOIP的技术及功能特点(1)易于扩展，兼容性强口IP语音网关是基于模块化设计的多功能IP接入设备，具有良好的扩展性，可根据需要随时添加语音端口。口可以采用灵活的接入方式：支持ADSL、DDN、ISDN、WaveLan等，方便以后的分公司采用多种网络接入方式添加IP语音系统网。口兼容性好，互通性强。符合国际、国内相关标准，可以与同类产品互连互通。(2)投资少，安装简单，易于维护口配置简单：本方案选用设备数量少且配置简单，整个网络所需投资少。口安装维护简单：无须专门的维护人员和额外的费用，可以实现远程的安装和调试。16二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype与P2P技术仅从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的区别不大。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，这正是Skype取得巨大成功的内在原因。而这一关键技术就是P2P技术。P2P最本质的含义就是“对等、共享”，该技木最早是用于网络中对等结点之间的资源和信息共享的技术，如BT、eMule技术等。后来，Skype在网络通话业务系统中灵活应用了该技术。由于冲击了传统通信领域，Skype在引起很多争议的同时也使人耳目一新，可以说，Skype发展和演化了P2P应用。Skype从网络结构上讲，是一种混合型的P2P网络结构，它结合了集中式和分布式的特点，在网络的边缘结点采用集中式的网络结构，而在超级结点之间采用分布式的网络结构。17二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype与P2P技术18二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype与P2P技术Skype是基于KaZaA框架的对等网络应用系统。Skype在运行的时候会在计算机上开启一个网络联机端口来监听其他Skype用户的联机呼叫：当其他计算机能顺利联机到这部计算机，Skype称呼该用户为Supernode。SuperNode在该P2P环境中的角色，即为提供其他无法被联机的用户之间的中继站，借用诸多SuperNodes的些许网络带宽，协助其他的Skype使用者之间能够顺利的互相联系。这种行为，在P2P环境中，算是相当常见的手法，也是点对点联机的精髓之一。Skype是第一个将此种做法运用到网络语音通话与即时消息应用层面上的。注意：KazaA框架，就是一种混合式的P2P网络框架。在混合式的P2P网络结构中有超级结点和普通结点两种类型的客户端，普通结点以超级结点为中心形成集中式的网络结构，而所有的超级结点又以全分布式的结构构成整个网络。19二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype与P2P技术在Skype网络中有注册服务器、普通结点和超级结点3种角色。注册服务器用来完成注册认证，普通结点仅通过运行Skype应用来进行语音通话和消息传递。超级结点同样是一组运行Skype应用的结点，只是超级结点必须具备一些特殊条件：超级结点的处理能力、存储能力和带宽高于普通结点等。普通结点和超级结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，是特殊的控制结点，这个控制结点就是所说的注册服务器。注册服务器是Skype系统中唯一的有集中控制功能的服务器。它存储着所有Skype用户的用户名和密码信息。Skype系统的所有用户的登录信息（主要包括用户名和密码）记录在登录服务器上：登录服务器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。20二、基于P2P技术的Skype即时通信系统——Skype与P2P技术用户通过它进行注册认证，广播它的在线状态和好友信息，并能够检测用户是否位于