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云计算通信协议有哪几种?

看过中国香港警匪片的人应该对下面两个警察的对话耳熟能详:

“阿Sir,我发现他了,要不要跟上?Over。”

“跟上,但不要靠得太近,以免被发现。Over。”

“明白。他进入超市了,那里人多,要不要暗地疏散人群?Over。”

“……Over.”

这样,两个人“Over”来“Over”去的通话,其实就是警察局制定好的通话规则,只要向对方说出“Over”,就表明话讲完了,该轮到对方说话了。

通话规则也叫通话协议,规定双方通话时必须遵守的规则。终端与云端通信时相互遵守的规则就是通信协议,双方必须严格遵守事先制定好的通信协议,否则通信无法正常进行。

云计算通信协议涉及安全、图像处理、数据压缩、网络传输协议等多个领域,直接决定着租户的终端体验。目前,终端与云端的通信协议主要有如下几种。

1. HTTP/HTTPS 协议

这是网站采用的通信协议,HTTP 的默认端口为 80,明文通信;而 HTTPS 的默认端口为 443,密文通信。

密文通信是指,通信双方先加密内容然后再发出去,收到对方的信息后需要先解密。本协议常用于 PaaS、SaaS,以及未安装操作系统前的 IaaS。比如租赁了一台裸机(属于 IaaS),通过浏览器打开裸机的远程管理卡网页,然后通过这个网页给裸机安装操作系统。

2. RDP 协议

这是微软的远程桌面协议,最新版本为 RDP10,这个版本改进很大,具备这些特征:
  • 支持最大 32 位色彩。
  • 采用 128 位的 RC4 加密算法。
  • 远/近端电脑共享剪贴板。
  • 允许远程应用使用本地端口(端口重定向)。
  • 本地文件系统重定向到远程计算机。
  • 远程声音重定向到本地播放。

RDP 协议规范公布在官方网站上,任何人都可以参照此规范开发遵循 RDP 协议的通信软件。

RDP 10 在 Windows 10 和 Windows Server 2016 上直接支持,Windows 8 和 Windows Server 2012 支持 RDP 8.0,Windows 7 上需要打支持补丁包才支持 RDP 8.0。

RDP 也有针对 Android\Mac OS 操作系统的客户端软件,但是用户体验要差一些。

微软发布的远程桌面客户端软件是 mstsc.exe,有安卓版和 Mac 版,但是没有 Linux 版。

有一个开源软件 FreeRDP 可以在 Linux 上运行,但是只支持 RDP 7.0/RemoteFX。另外,Ericom 公司推出了多平台版的客户端和具备 RDP 加速功能的服务器端。RDP 协议常用于 PaaS 和安装了 Windows 的 IaaS 云服务。

RDP 协议能同时支持远程桌面虚拟主机(RDVH)和远程桌面服务(RDS),利用微软的终端服务和 RDP 技术可以搭建规模小、性价比高的云计算系统,如十几个人的私有办公云。

图 1 所示是从 Windows 7 登录到云端的 Windows 8 桌面(单击“开始→所有程序→附件→远程桌面连接”或者直接运行命令 mstsc.exe,然后输入云端 IP 地址),采用的是 RDP 8.0 协议。
云端的Windows 8桌面
图 1  云端的 Windows 8 桌面

3. PCoIP协议

这是 EMC 公司(收购 VMware)和 Teradici 公司共同开发的基于 UDP 的远程桌面协议,意为 IP 上的个人计算机(PC-Over-IP),在低带宽的广域网上也能流畅使用。

PCoIP 在主机上做图形渲染,终端只负责解码,因此减少了一些传输量,是专门为瘦终端而设计的。针对 Windows、Linux、MacOS、Android 和 iOS 操作系统,都发布了相应的客户端软件。

利用此协议搭建的云计算系统结构较复杂,软件许可种类多,这是一个缺陷。

图 2 所示是一个最小云计算系统的示意图,从图中可以看出,必须要有一个微软的域控 AD、连接器 Connector、虚拟主机(里面安装连接代理)和终端(安装客户端软件)。

第二个缺陷是目前还不支持微软的远程桌面服务,但是 Teradici 公司的产品 Teradici Arch 弥补了这个缺陷,该公司同时还推出了 PCoIP 的硬件加速卡。
最小云计算系统示意图
图 2  最小云计算系统示意图

必需的组件包括:AD、Connector、VD 和 View Client。VD 可以是虚拟机桌面,也可以是物理机桌面,被 vCenter 管理的桌面为受管桌面,否则称为非受管桌面,VD 里都要安装 View Agent。vSphere Client 是用来管理 ESXi 或者 vCenter 的,如果没有这些,那么 vSphere Client 也可省掉。客户机上必须安装 View Client。vSphere Web Client 只能访问 vCenter。连接的路径是 View Client←→Connector←→View Agent。

4. HDⅩ/ICA 协议

这是思杰公司发布的远程桌面协议,采用 TCP,这一点与 PCoIP 采用 UDP 不同。思杰是最早做远程访问的公司,所以其技术积淀比较雄厚,在非常低的网络上(10Kb 左右)也有良好的表现。但不管怎样,采用此协议搭建的云计算系统还是要混合微软的产品的(操作系统、AD 域控等),相比微软的 RDP 协议,其架构较复杂。

主要组件包括:外网访问网关(Access Gateway)、桌面交付控制器(Desktop Delivery Controller)、资源池(XenServer Resource Pool)、文件服务器(File Share)、应用控制器(XenApp Controller)、虚拟机镜像供应服务器(Provisioning Server),如图 1 所示。

在局域网里面,最简化的采用 HDX/ICA 协议搭建的云计算系统为:终端(安装客户端软件)←→ Desktop Delivery Controller ←→ 虚拟机(安装 Agent),虚拟机的基础架构可以是 XenServer 6.x、ESXi 6.0 或 Hyper-V。不过,针对远程虚拟桌面市场,思杰公司特别推出了端到端的解决方案包 XenDesktop,目前版本为 7.6。

5. SPICE 协议

作为新兴的远程桌面协议,SPICE 协议最初由 Qumranet 公司开发,后来被红帽公司收购并开源,且被整合到红帽的云计算产品中。

SPICE 首先尝试将渲染的工作交给终端,利用终端的硬件资源来加速,再根据协商的结果考虑是否将渲染工作交给主机来处理,这时可以用软件或者 GPU 来渲染。SPICE 的双向音频流技术支持软件拨号和 IP 电话。SPICE 客户端支持 Android、Linux、Windows 和 Mac OS 操作系统,可以单独从 http://www.spice-space.org/download.html 下载。

SPICE 协议包括三部分,分别安装在物理机、虚拟机和终端中,如图 2 所示。在图 2 中,通过终端的 SPICE 客户端软件打开 spice://10.1.50.102:5903,即可连接到云端的虚拟机 2,如果虚拟机里安装了 Windows 7 操作系统,那么在终端上就可以看到 Windows 7 桌面了。

需要注意的是,终端统一访问物理机的 IP 地址,然后由端口号来区分是哪台虚拟机,比如 5903 代表虚拟机 2、5905 代表虚拟机 3。由此可见,SPICE 不支持微软的终端服务,也不支持裸机(不能直接连接到物理机的 Windows 桌面),只支持虚拟机。SPICE 作为一款开源的远程桌面访问协议软件,具备良好的发展势头,尤其是对于中国首次涉足云计算的公司来说,直接集成 SPICE 到自己的云计算产品中,不失为良策。
HDX/ICA协议搭建的云计算系统
图 1  HDX/ICA 协议搭建的云计算系统
SPICE通信协议
图 2  SPICE 通信协议

6. RFB协议

RFB 协议即远程帧缓冲(Remote Frame Buffer)协议,它直接把控制台的底层屏幕帧的内容实时同步到终端,所以能适应所有的操作系统。但是其传输信息量大,所以一般只在局域网内做点到点连接(一台计算机只与一台终端连接),以便远程协助解决计算机问题。

VNC 是由 AT&T 的欧洲研究实验室采用RFB协议开发的最典型的软件,后来在此基础上又衍生出了很多版本,其中 RealVNC、UltrVNC 和 TightVNC 最具代表性。

RealVNC 既发布商业版,也发布免费版,不过免费版的功能太弱,而 UltrVNC 和 TightVNC 则完全免费。三款软件的功能旗鼓相当,但是也有缺陷:
  • 只能看到或者操纵同一个桌面,尽管允许不同的系统账号同时登录,而且这些系统账号必须具有系统管理员权限。
  • 有的信息(比如 Windows 7 经常提示的“需要管理员权限才能运行此软件”)只能显示在本地的屏幕上。RFB 协议如图 3 所示。
RFB协议
图 3  RFB 协议

RFB 协议不太适合云计算,而适合远程协助解决问题和广播教学——老师先进入教师机并启动 VNC 软件,学生以“查看”模式登录教师机,这样学生都能看到教师机的屏幕(参考图 3)。

7. Ⅹ协议

X 协议这是由麻省理工大学开发的开源网络图形显示协议,采用的是客户机/服务器架构。基于这个协议开发的软件有 XFree86 及其继任者 Xorg,被类 UNIX 操作系统广泛采用,作为其图形桌面组件的一部分,比如 Linux 操作系统大多数采用 Xorg。X 协议的客户机/服务器模式可用图 4 表示。
X协议
图 4  X协议

X协议的客户机/服务器模式与传统的客户机/服务器不同,传统的客户机/服务器是针对用户而言的,即用户操作的计算机为客户机,远方的计算机为服务器;而X协议的客户机/服务器是针对程序而言的,即程序运行的那台计算机叫客户机,把结果输出到服务器上,服务器就是用户操作的那台计算机。

如图 5 所示,1 号、2 号和 n 号X客户机各运行一个程序,它们分别输出长方形、圆形和三角形,最终都在X服务器上显示出来。

令人遗憾的是,X 协议不传递声音,比如在 X 客户机上运行音乐播放器,而坐在 X 服务器旁边的用户是听不到声音的,不过有一些能支持声音的第三方开源项目,如 FreeNX、X2Go、LTSP 等。

利用X协议可以打造一台万能终端,即同时接入不同的云端。这一点很重要,因为在云计算时代,没有一家云服务提供商能通吃全部的云服务,一定会存在很多云端,且提供各种不同或者相同的云服务。作为用户,希望只使用一台终端。

PulseAudio 项目弥补了 X 协议不能传递声音的缺陷;开源 LTSP 项目整合了 Linux、Xorg、PulseAudio、OpenSSH 等开源软件,专门用于搭建教育培训机构和中小企业的私有云,终端不用事先安装或者固化任何软件,只要一块支持 PXE 启动的网卡即可,LTSP 的官方网站为http://www.ltsp.org/。针对树莓派的衍生项目 http://pinet.org.uk/,结合低廉的树莓派小主板,就能轻松搭建教学云。

NOMACHINE 公司发布的 NX 协议早期就是压缩 X11 协议并通过 SSH 安全通道传输,后来公司认为这样做不安全,从 4.0 版本开始默认采用改进的 NX 协议直接传输,当然仍然支持 SSH 安全通道,并且针对企业用户不再开源。

8. HP RGS

惠普远程图形软件(Remote Graphic Software,RGS)是一款高性能的远程图形系统,它允许用户通过标准 TCP/IP 网络访问和共享远程计算机桌面,在远程计算机上完成图形渲染,然后把渲染结果发给客户端。RGS 为客户机/服务器模式,服务器称为 Sender,客户机称为 Receiver。

典型的应用场景是:配置较高(强悍的 CPU、大容量内存、SSD、独立显卡)的远程工作站安装图形处理软件(如 CAD、SolidWorks 等)和 Sender;用户使用的瘦客户机安装 Receiver,然后运行 Receiver 软件连接到远程的 Sender,即可操作那里的应用程序(如 CAD 等)。相比其他协议,RGS 的用户体验要好很多,NASA 与 HP 实验室合作,利用 RGS 的核心压缩技术实现长距离的火星探测,证实了 RGS 绝非等闲之辈。RGS 的一些重要特性如下:
  • 流畅支持 3D 图形。
  • 先进的视频压缩技术(Windows 和 Linux 有效)。
  • 支持 Windows、Linux 和 Mac OS 操作系统。
  • 允许多个 Receiver 同时连接到相同的 Sender,轻松实现协同办公或教学。
  • 运行同一个 Receiver 同时连接到多个 Sender。
  • 采用惠普 Velocity 技术增强跨广域网的用户体验。
  • 服务器上的高保真音频能通过本地喇叭播放。
  • 本地 USB 设备能挂载到远程机器上。
  • 本地设备允许触摸和手势输入。
  • RGS 发送像素而非数据,因此,无论你在使用什么应用,RGS 都可正常运行。
  • 可自动进行分辨率和多显示屏设置,以匹配客户端设备。

RGS 的应用领域有桌面虚拟化、远程演示、移动办公、协同办公、教学/培训等。

综上所述,在局域网内做比较,从用户体验方面来看:RGS 最好,PcoIP 协议要优于 HDX 协议,HDX 协议又优于 RDP 8.0(Ericom 公司改进了 RDP 8.0,并且终端可以直接采用浏览器),但是 RDP 10 有了很大改进,RDP 10 要好于 SPICE 协议,X 协议和 RFB 协议似乎垫后。

从架构复杂性方面来看:
  • 采用 RDP 组建的云计算系统最简化,产品单一、软件许可证单一,小到一台计算机即可做云端,甚至可做服务全球的云端。
  • 采用 LTSP 开源项目搭建简单云端比较容易,而且全部是开源软件,但是缺少 Windows 上一些流行的应用软件(如 Photoshop、MicrosoftOffice 等),如果做类似 iPad 的深度定制化,则是一个不错的方向,Raspi-LTSP 是一个替代项目。
  • 采用 SPICE 协议建设的云端复杂度较高,虽然可以全部采用开源软件,但必须具备一支技术水平相当的建设团队。
  • 而采用 HDX 和 PCoIP 协议组建的云计算系统架构复杂,管理也复杂。

全部使用微软产品的应用环境使用 RDP 协议较合适;需要支持多种桌面操作系统的企业会发现 Citrix 的产品更加适合;如果希望通过使用瘦客户端或零客户端设备作为 VDI 解决方案的一部分,那么选择 PCoIP 技术可能更适合;局域网内的富图形处理业务选择 RGS 较明智。

总之,技术变化很快,各种协议都处于快速的发展变化之中,现在比较的结果与数月后的比较结果可能会有所不同,而且还可能有新的协议不断诞生。具备一定技术实力的公司可以在开源协议(SPICE、X、RFB)方面深入发展,并做出全部采用开源软件的云计算方案,这应该具备良好的发展前景。

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