网络应急通信技术

       近年来，即时通信(InstantMessenger)软件的发展突飞猛进。即时通信所拥有的实时性、跨平台性、成本低、效率高等诸多优势，使它成为网民最喜爱的网络沟通方式之一。

       以微信(WeChat)这种即时通信软件为例，微信是腾讯公司于2011年1月21日推出的一个为智能终端提供即时通信服务的免费应用程序，支持跨通信运营商、跨操作系统平台，通过网络快速发送免费(需消耗少量网络流量)语音短信、视频、图片和文字，同时，也可以使用通过共享流媒体内容的资料和基于位置的社交插件“摇一摇”“漂流瓶”“朋友圈”“公众平台”“语音记事本”等服务插件。

       截止到2016年第二季度，微信已经覆盖中国94%以上的智能手机，月活跃用户达到8.06亿人，用户覆盖200多个国家，超过20种语言。此外，各品牌的微信公众账号总数已经超过800万个，移动应用对接数量超过85000个，微信支付用户数则达到了4亿人左右。

       微信提供公众平台、朋友圈、消息推送等功能，用户可以通过“摇一摇”、“搜索号码”、“附近的人”、扫二维码方式添加好友和关注公众平台，同时将内容分享给好友以及将用户看到的精彩内容分享到微信朋友圈。

       2018年3月5日，腾讯计算机系统有限公司董事会主席、首席执行官马化腾透露，2018年春节，微信全球用户月活数首次突破10亿大关。

 (1)聊天功能：支持发送语音短信、视频、图片(包括表情)和文字，是一种聊天软件，支持多人群聊。

 (2)添加好友：支持查找微信号、QQ号添加好友、查看手机通信录和分享微信号添加好友、摇一摇添加好友、二维码查找添加好友和漂流瓶接受好友等方式。

(3)实时对讲机功能：用户可以通过语音聊天室和一群人语音对讲，但与在群里发语音不同的是，这个聊天室的消息几乎是实时的，并且不会留下任何记录，在手机屏幕关闭的情况下仍可进行实时聊天。
(4)支付功能：微信支付是集成在微信客户端的支付功能，用户可以通过手机完成快速支付流程。微信支付向用户提供安全、快捷、高效的支付服务，以绑定银行卡的快捷支付为基础。

(5)微信、QQ语音：用户在接听语音电话时，无须解锁进入微信、QQ接听，而是直接像接听普通电话那样一键接听即可。
(6)朋友圈：用户可以通过朋友圈发表文字和图片，同时可通过其他软件将文章或者音乐分享到朋友圈。用户可以对好友新发的照片进行“评论”或“赞。用户只能看到相同好友的评论或赞。

(7)语音提醒：用户可以通过语音告诉其他人提醒打电话或查看邮件。

(8)通信录安全助手：开启后可上传手机通信录至服务器，也可将之前上传的通信录下载至手机。

(9)QQ邮箱提醒：开启后可接收来自QQ邮箱的邮件，收到邮件后可直接回复或转发。

(10)漂流瓶：通过扔瓶子和捞瓶子来匿名交友。

(11)查看附近的人：微信将会根据用户的地理位置找到在用户附近同样开启本功能的人。

(12)语音记事本：可以进行语音速记，还支持视频、图片、文字记事。

(13)群发助手：通过群发助手把消息发给多个人。

(14)公众平台：通过这一平台，个人和企业都可以打造一个微信的公众号，可以群发文字、图片、语音三个类别的内容。目前有200万公众账号。

(15)公众平台：公众平台主要有实时交流、消息发送和素材管理功能。用户可以对公众账户的粉丝分组管理、实时交流，同时可以使用高级功能——编辑模式和开发模式对用户信息进行自动回复。

(16)拦截系统：微信已为抵制谣言建立了技术拦截、举报人工处理、辟谣工具这三大系统。

微信、QQ等即时通信软件进行应急通信具有以下优点。

       (1)使用成本低。使用即时通信软件程序开展在线实时应急通信不需要任何设备和技术的额外投入，软件是免费的，从网上下载非常容易。软件对带宽要求不高，运行起来速度快。

       (2)服务范围大。使用微信、QQ应急通信可以不受互联网地域限制，用户在任何有上网条件的地方都可以使用移动客户端与通信人员联系，获得应急通信服务。

       (3)实时性和交互性。微信、QQ凭借四通八达的网络和强大的现代信息技术，能够轻松地实现用户和用户之间的双向交流。

       互联网的高速发展，微信、QQ等即时通信软件的功能日益完善为应急通信提供了良好的环境，对于可以使用网络或者并没有影响到主要的通信方式的一些突发事件，即时通信软件还是一种不错的应急通信方式，文本聊天、视频/语音电话、视频推送、在线/离线文件传输、电子邮件系统功能等都能应用于应急通信服务。

       电子邮件(E・mail)是Internet最早出现的服务之一，1972年由RayTomlinson发明。世界上第一封电子邮件是由计算机科学家LeonardKleinrock教授发给他同事的一条简短消息，这条消息只有两个字母：LeonardKleinrock教授当时并没有想到，就因为这两个字母，他被人们称为电子邮件之父。从此以后，伴随着网络的迅速发展，电子邮件已经成为Internet最普及的应用。经过30年的发展，电子邮件已经从单纯传递文字信息发展为可以传送各类多媒体信息的通信工具。它以使用方便、快捷、容易存储、便于管理的特点很快被大众接受，成为传递公文、交换信息、沟通情感的有效工具。在Internet上，用户使用最多的网络服务当属电子邮件服务。既然使用E-mail的用户那么多，那么将E-mail用于应急通信有些什么特殊的意义呢？先来看看E-mail的技术原理，然后讨论其用于应急通信的可行性。

      电子邮件不是一种“终端到终端”的服务，它被称为“存储转发式”服务。这正是电子信箱系统的核心，利用存储转发可进行非实时通信，属异步通信方式。即信件发送者可随时随地发送邮件，不要求接收者同时在场，即使对方现在不在，仍可将邮件立刻送到对方的信箱内，且存储在对方的电子邮箱中。接收者可在他认为方便的时候读取信件，不受时空限制。在这里，“发送”邮件意味着将邮件放到收件人的信箱中，而“接收”邮件则意味着从自己的信箱中读取信件,信箱实际上是由文件管理系统支持的一个实体。因为电子邮件是通过邮件服务器(MailServer)来传递文件的。通常邮件服务器是执行多任务操作系统UNIX的计算机，它提供24小时的电子邮件服务，用户只要向服务器管理人员申请一个信箱账号，就可使用这项快速的邮件服务。

      (1)电子邮件系统是一种新型的信息系统，是通信技术和计算机技术结合的产物。电子邮件的传输是通过电子邮件简单传输协议(SMTP)这一系统软件来完成的，它是Internet下的一种电子邮件通信协议。

      (2)电子邮件的基本原理，是在通信网上设立“电子信箱系统”，它实际上是一个计算机系统。系统的硬件是一个高性能、大容量的计算机。硬盘作为信箱的存储介质，在其上为用户分配一定的存储空间作为用户的“信箱”，每位用户都有属于自己的一个电子信箱。并确定一个用户名和用户可以自己随意修改的口令Ko】。存储空间通常包含存放所收信件、编辑信件以及信件存档三部分空间，用户使用口令开启自己的信箱，并进行发信、读信、编辑、转发、存档等各种操作。系统功能主要由软件实现。

      (3)电子邮件的通信是在信箱之间进行的。用户首先开启自己的信箱，然后通过键入命令的方式将需要发送的邮件发到对方的信箱中。邮件在信箱之间进行传递和交换，也可以与另一个邮件系统进行传递和交换。收方在取信时，使用特定账号从信箱提取。与最常用的通信手段电话系统相比，电子邮件在速度上虽然不占优势，但它不要求通信双方同时在场：假如收方不在，系统可以留下一份文电(Message)副本，到他上机时通知他。这是电话系统做不到的，而打电话时对方不在的情况在半数以上。

       电子邮件服务通过“存储-转发”的方式来为用户传递信件。相比于传统的邮件投递服务，在Internet上充当“邮局”这个角色的，是被称为邮件服务器的计算机。用户使用的电子邮箱就建立在这类计算机上，借助它提供的服务，用户的信件通过Internet被送到目的地。它的工作模式如图5.11所示。

图5.11    电子邮件服务工作模式

       在图5.11中，用户代理(UserAgent,UA)负责与用户打交道。它接受用户输入的指令，传送用户给出的信件报文。而报文传送代理(MessageTransferAgent,MTA)则完成邮件交换的工作，用户通常不和报文传送代理打交道。当用户试图发送一封电子邮件的时候，他并不是直接将信件发送到对方的机器上，而是由用户代理去寻找一个报文传送代理，把邮件提交给它。报文传送代理得到了邮件后，首先将它保存在自身的缓冲队列中。然后，根据邮件的目标地址，找到应该对这个目标地址负责的服务器，并且通过网络将邮件传送给它。对方的服务器接收到邮件之后，将其缓冲存储在本地，直到电子邮件的接收者查看自己的电子信箱。显然，邮件传输是从服务器到服务器的，而且每个用户必须拥有服务器上存储信息的空间(称为信箱)才能接收邮件。报文传送代理的主要工作是监视用户代理的请求，根据电子邮件的目标地址找出对应的邮件服务器，将信件在服务器之间传输并且将接收到的邮件进行缓冲或者提交给最终投递程序。

1)简单的电子邮件传输过程

       邮件传输代理(Mail-TransferAgents,MTA),它不是通过直接输入Shell命令方式实现的，其功能是负责邮件消息的转发和投递，从MUA(MailUserAgent)±接收用户要发送的邮件、解析地址、排队，然后将邮件发送到接收方的MTA上。图5.12为电子邮件在两主机上的传送过程，图中Alice利用MUA自带的或调用其他的文本编辑器编辑邮件，输入收件人的地址，然后单击MUA的发送键，MUA会立即将邮件送到指定的MTA上，通常使用的MTA是Sendmail或Qmail,通过解析收件人的地址，Alice的MTA找到Bob的MTA所在主机，并通过SMTP将邮件送到Bob的MTA上。

       在接收方MTA收到信封上的地址后，首先分析该地址是否在本地，如果在本地，则会继续查找有无Bob这个用户，如果有，就向发送方送去确认信号，发送方会发出DATA命令，收到该命令时，接收方就开始接收邮件内容，直到收到一个只有一个句号的行，表示邮件发送完毕。如果接收方MTA没找到Bob这个用户，或者Bob的邮箱已经满了，那么MTA会按照邮件信封上的地址将邮件退回给发信人。现在Bob的MTA收到了Alice的邮件，会给邮件头加一个Receive项，记录它是从哪里收到的邮件、何时收到的邮件等重要信息，然后将邮件投递到Bob的邮箱。

图5.12    电子邮件在两主机上的传送过程

       电子邮件在网上的邮件服务器之间传递，每经过一个服务器，该服务器就会在邮件信头上加上自己的标记，只要分析这些标记，就可知道收到的邮件是从哪里发岀的，并经过哪些服务器才到达信箱的。

       本地邮件分发代理(MessageDeliveryAgent,MDA)负责将MTA收到的邮件投递到邮件用户的邮箱中，有的邮件系统将邮件本地投递功能与MTA结合在一起，有的需要将这个功能独立出来，这样可以简化MTA程序的复杂性。有些MDA软件还增加了邮件过滤功能、自动分类和处理功能，能根据用户的要求对邮件头和邮件体的内容进行过滤，防止通过邮件传播病毒，并帮助管理用户接收到的邮件等。本例中MDA从MTA收到Bob的邮件，投递到Bob的邮箱中，Bob可以调用自己的MUA阅读Alice的来信。如果Bob的主机关机或者断网，Alice的MTA会将Alice发出的信息先保存在邮件队列中，然后以一定的时间间隔重发这封信，直到完成邮件的发送。每个MTA都有自己的风格来处理邮件投递异常情况，但保证邮件不丢失是对MTA起码的要求。

2)远程邮件的接收过程

       绝大多数用户通过在ISP或单位的拥有固定域名的服务器申请账号，建立自己的邮箱来收发邮件，别人发来的邮件一般暂存在邮件服务器，必须连接到服务器才能将邮件取回，而大部分MTA本身不提供对远程邮件读取的功能，这就需要远程邮件读取协议的支持。最常用的是POP3和IMAP。

       目前最常见的远程邮件收发形式如图5.13所示，Bob的MUA通过端口110向服务器请求并建立对话，服务器在验证了用户名和口令后，检查了Bob的邮箱，发回后将这些邮件从服务器上删除。POP3在验证用户口令时，完全用明文传输，安全性较差。POP3以该用户当前存储在服务器上的全部邮件为对象进行操作，并一次性下载到用户端计算机中，用户在取回自己的邮件前不知道邮件的内容。相比POP3,IMAP要复杂一些，对邮件的支持能力更强，可为用户提供有选择地从邮件服务器接收邮件的功能、基于服务器的信息处理功能和共享信箱功能，有较好的目录服务能力等。利用SMTP将用户的邮件送到MTA上发送，利用POP3和IMAP4与服务器进行通信，取出邮件送到客户端计算机。

图5.13   通过POP3或IMAP收取邮件

       下面介绍电子邮件的安全性问题。电子邮件在Internet上的传输是从一个机器到另一个机器。在这种方式下，电子邮件所经过网络上的任一系统管理员或黑客都有可能截获或更改该邮件，甚至伪造某人的电子邮件。与传统邮政系统相比，电子邮件与密封邮寄的信件并不像，而与明信片更为相似。因此电子邮件本身的安全性是以邮件经过的网络系统的安全性和管理人员的诚实、对信息的漠不关心为基础的。而比明信片还要糟糕的是，电子邮件的发信人根本不知道一封邮件经过了哪些中转站才到达了目的地，它实际上有可能经过了学校、政府机关、竞争对手建立的任何网站。电子邮件的不安全性表现为：电子邮件在Internet上没有任何保密措施，电子邮件从一个网络传到另一个网络，最终达到目的网络，整个过程中电子邮件都是不加密的可读文件，用户的电子邮件有可能被人偷窥甚至篡改。使用电子邮件来传输重要机密和商业价值信息如商务计划、合同、账单等存在极大的危险。他人可轻易地使用冒用的电子邮件地址发送电子邮件，伪造身份从事网上活动。由于网络软件的故障或者发件人的一时疏忽，邮件误投给陌生人或不希望发的人，其结果令人尴尬。由于有信封，误投的普通信件通常可能完好地退回，而电子邮件则不同，收件人往往在阅读了信件内容后才意识到邮件误投。迷失的电子邮件不仅让人难堪，而且可能泄露极其重要的商业或技术信息。

       互联网可以提供包括E-maik即时通信、文件传输、流媒体等多种通信服务，具有网络覆盖范围广、信息传递量大、费用低的优点。其中通过电子邮件系统可以用非常低 廉的价格，以非常快速的方式，与世界上任何一个角落的网络用户发送信息。电子邮件的内容可以是受灾报道的文字描述、受灾现场的图片图像、受灾情况的语音播报及视频画面等各种形式，以便救援人员了解受灾现场的灾情实况，作出相应的抢险救灾行动。

       随着网络的迅速发展，人们实现远距离视频会议己不再是梦想，从最早的仅“只闻其声不见其人”的音频会议发展到如今的“身临其境”的视频会议，视频会议因为引入了视觉的因素而使效果大大提高，并得到大规模的普及应用。

       国外对视频会议的研究开发远远早于国内，第一代视频会议产品的可视电话是由美国贝尔实验室1964年研制出来的，我国第一台拥有自主知识产权的ISDN可视电话2001年7月才研制成功。随后视频会议提供厂商加大了视频会议终端产品的研发，众多国际品牌脱颖而出，以WebEx为代表的运营平台提供商也给视频会议市场注入了新的活力。在美国，视频会议己渗透到政府、商业、金融、交通、服务、教育等各行业，其中远程教育和远程医疗占了相当大的比例。在这其中，美国政府对信息化建设起到了非常重大的推动作用，在远程教学方面，诸多美国大企业利用视频会议系统为员工提供培训，而MIT和Duke等顶尖大学也都在远程教育方面进行了很大投资。9-11事件之后，美国出现了企业集团、个人大规模釆购与使用视频会议系统的热潮，据Wainhouse调查，有91%的商业企业倾向于釆取视频会议的工作方式。

       中国的视讯业发展已有15年的历程。发展之初的视频会议系统只是针对政府、金融、集团公司等高端市场，主要在专网中运行，且造价不菲，预算往往高达百万、千万元。受2003年SARS的影响，中国视频会议系统市场突破了以往的平缓发展局面，开始步入稳步快速发展阶段。混网及企业公网市场代替基于专线网络的视频会议系统占了主流地位。调查显示，我国在政府、金融、能源、通信、交通、医疗、教育等重点行业机构中视频会议设备的用户比例达到了66.3%,视频会议系统已经成为我国行业信息交流和传递的重要手段。

       目前大多数分组交换网上的视频会议系统都是基于硬件实现的，国际电信联盟对视音频通信及其兼容性的技术进行了规范，在这些基本的协议中，同时对语音、视频、数字信号的编码格式、用户控制模式等要件进行了相关的规定。ITU-T制定的适用于视频会议的标准有H.320协议（用于ISDN的群视频会议）、H.323协议（用于局域网的桌面视频会议）、H.324C用于电话网的视频会议）、H.310（用于ATM和B-ISDN的视频会议）和H.264（高度压缩数字视频编解码器标准）。其中H.323协议成为目前应用最广、最通用的协议标准，而H.264是目前最先进的网络音视频编解码技术。

       视频会议系统由视频会议终端、视频会议服务器（Multipoint Control Unit,MCU）、网络管理系统和传输网络四部分组成。

1）视频会议终端

       位于每个会议地点的终端，其主要工作是将本地的视频、音频、数据和控制信息进行编码打包并发送；对收到的数据包解码还原为视频、音频、数据和控制信息。

       终端设备包括视频釆集前端（广播级摄像机或云台一体机）、显示器、解码器、编译码器、图像处理设备、控制切换设备等。

2）视频会议服务器

      作为视频会议服务器，MCU为两点或多点会议的各个终端提供数据交换、视频音频处理、会议控制和管理等服务，是视频会议开通必不可少的设备。三个或多个会议电视终端就必须使用一个或多个MCUoMCU的规模决定了视频会议的规模。

3）网络管理系统

       网络管理系统是会议管理员与MCU之间交互的管理平台。在网络管理系统上可以对MCU进行管理和配置、召开会议、控制会议等操作。

4）传输网络

      会议数据包通过网络在各终端与服务器之间传送，安全、可靠、稳定、高带宽的网络是保证视频会议顺利进行的必要条件。

      传输设备主要是使用电缆、光缆、卫星、数字微波等长途数字信道，根据会议的需要临时组成。不开放电视会议时，这些信道就是长途电信的信道。某视频会议系统组网结构见图5.14。

图5.14   某视频会议系统组网结构图

      灾害发生时，常规通信方式极易中断，专网和公共通信设施都可能损毁，无法发挥应有的作用。视频会议系统多选择基于IP私网的组网方式，灵活多变地切换主分会场，能够提供应急通信能力，尤其是音视频通信能力，协助指挥中心、调度中心与灾区联系，迅速应对危机，减小损失，稳定局势。