云计算使用哪几种通信协议？
2019-09-24 阅读 : 次
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。
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。
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。
图 1 云端的 Windows 8 桌面
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。
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。
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。
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。
图 1 HDX/ICA 协议搭建的云计算系统
图 2 SPICE 通信协议
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：
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）。
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。
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：
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：
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。
“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。
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。
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。
图 1 HDX/ICA 协议搭建的云计算系统
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。
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。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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