XMPP即时通讯协议

XMPP协议简介

XMPP（Extensible Messageing and Presence Protocol：可扩展消息与存在协议）是目前主流的四种IM（IM：instant messaging,即时消息）协议之一，其他三种分别为：即时信息和空间协议(IMPP)、空间和即时信息协议(PRIM)、针对即时通讯和空间平衡扩充的进程开始协议SIP(SIMPLE)。

在这四种协议中，XMPP是最灵活的。XMPP是一种基于XML的协议，它继承了在XML环境中灵活的发展性。因此，基于XMPP的应用具有超强的可扩展性。经过扩展以后的XMPP可以通过发送扩展的信息来处理用户的需求，以及在XMPP的顶端建立如内容发布系统和基于地址的服务等应用程序。而且，XMPP包含了针对服务器端的软件协议，使之能与另一个进行通话，这使得开发者更容易建立客户应用程序或给一个配好系统添加功能。

一款基于XMPP实现的聊天社交软件：

基于开源的XMPP即时通信协议，采用C／S体系结构，通过GPRS无线网络用TCP协议连接到服务器，以架设开源的Openfn’e服务器作为即时通讯平台。

系统主要由以下部分组成：

一、服务器：负责管理发出的连接或者与其他实体的会话，接收或转发XML(ExtensibleMarkup Language)流元素给授权的客户端、服务器等。
二、客户终端：与服务器相连，通过XMPP获得由服务器或任何其它相关的服务所提供的全部功能。
三、协议网关：完成XMPP协议传输的信息与外部消息系统可识别信息间的翻译。再就是XMPP网络。实现各个服务器、客户端间的连接。系统采用客户端(Client)／服务端(Server)架构体系结构。

客户端：

客户端基于Android平台进行开发。负责初始化通信过程，进行即时通信时，由客户端负责向服务器发起创建连接请求。系统通过GPRS无线网络与Internet网络建立连接，通过服务器实现与Android客户端的即时通信脚。

服务器端：

服务器端则采用Openfire作为服务器。允许多个客户端同时登录并且并发的连接到一个服务器上。服务器对每个客户端的连接进行认证，对认证通过的客户端创建会话，客户端与服务器端之间的通信就在该会话的上下文中进行。

服务器端设计：

androidpn服务器端是Java语言实现的，基于openfire开源工程，Web部分采用的是spring框架，这一点与openfire是不同的。Androidpn服务器包含两个部分，一个是监听特定端口上的XMPP服务，负责与客户端的XMPPConnection类进行通信，作用是用户注册和身份认证，并发送推送通知消息。另外一部分是Web服务器，采用一个轻量级的HTTP服务器，负责接收用户的Web请求。

主要的四个组成部分：

SessionManager：负责管理客户端与服务器之间的会话
Auth Manager：负责客户端用户认证管理
PresenceManager：负责管理客户端用户的登录状态
Notification Manager：负责实现服务器向客户端推送消息功能

系统客户端：

采用XMPP作为即时通讯协议。XMPP是基于XML，实现任意两个网络终端准实时的交换结构化信息的通信协议。采用Android平台提供的XML解析包对XML进行解析。由于应用活动都运行于主线程。故用多线程技术来解决系统通讯问题。针对通信安全问题．系统的用户信息和聊天信息在客户端存储在Android平台自身所带的SQLite数据库中，多媒体文件和图片文件存储在Android平台虚拟文件存储设备SD Card中。

通讯模块：

负责与服务器建立通讯旧。通过创建3个线程来进行处理。分别负责消息的发送、接收和心跳信息的发送；解析模块主要用来解析XML数据流。根据解析元素不同类型封装成不同的数据对象：数据模块定义整个客户端中大部分的数据类型和对象；应用模块包括即时通信、图片浏览和音乐播放。是客户端和用户交流的接口；加密模块对发送和接收的消息进行加解密。以确保通讯数据的安全。

好了，说了这么多了，那么XMPP具体是什么？它是怎么实现的？基于什么实现的？

什么是XMPP ？

  XMPP的前身是Jabber，一个开源形式组织产生的网络即时通信协议。XMPP目前被IETF国际标准组织完成了标准化工作。标准化的核心结果分为两部分； 核心的XML流传输协议 基于XML流传输的即时通讯扩展应用 XMPP的核心XML流传输协议的定义使得XMPP能够在一个比以往网络通信协议更规范的平台上。借助于XML易于解析和阅读的特性，使得XMPP的协议能够非常漂亮。 XMPP的即时通讯扩展应用部分是根据IETF在这之前对即时通讯的一个抽象定义的，与其他业已得到广泛使用的即时通讯协议，诸如AIM，QQ等有功能完整，完善等先进性。

XMPP的基本网络结构是怎样的？

  XMPP中定义了三个角色，客户端，服务器，网关。通信能够在这三者的任意两个之间双向发生。服务器同时承担了客户端信息记录，连接管理和信息的路由功能。网关承担着与异构即时通信系统的互联互通，异构系统可以包括SMS（短信），MSN，ICQ等。基本的网络形式是单客户端通过TCP/IP连接到单服务器，然后在之上传输XML。

XMPP通过TCP传什么了？

  传输的是与即时通讯相关的指令。在以前这些命令要么用2进制的形式发送（比如QQ），要么用纯文本指令加空格加参数加换行苻的方式发送（比如MSN）。而XMPP传输的即时通讯指令的逻辑与以往相仿，只是协议的形式变成了XML格式的纯文本。这不但使得解析容易了，人也容易阅读了，方便了开发和查错。而XMPP的核心部分就是一个在网络上分片断发送XML的流协议。这个流协议是XMPP的即时通讯指令的传递基础，也是一个非常重要的可以被进一步利用的网络基础协议。所以可以说，XMPP用TCP传的是XML流。

XMPP协议工作原理:

所有从一个client到另一个client的jabber的消息和数据都要通过XMPP Server。
- 1.Client连接到Server
- 2.Server利用本地目录系统的证书对其认证
- 3.Client制定目标地址，让Server告知目标状态
- 4.Server查找，连接并进行相互认证
- 5.Client间进行交互

XMPP地址模式：

统一的JID(jabber identifer)
JID=[node”@”] domain[“/”resource]
eg:cyber@cyberobject.com/res
domain:服务器域名
node:用户名
resource:属于用户的位置或设备
一个用户可以同时以多种资源与统一XMPP服务器连接

XMPP协议的组成:

要的XMPP 协议范本及当今应用很广的XMPP 扩展：

**RFC 3920: ** XMPP核心。定义了XMPP 协议框架下应用的网络架构，引入了XML Stream（XML 流）与XML Stanza（XML 节），并规定XMPP 协议在通信过程中使用的XML 标签。使用XML 标签从根本上说是协议开放性与扩展性的需要。此外，在通信的安全方面，把TLS 安全传输机制与SASL 认证机制引入到内核，与XMPP 进行无缝的连接，为协议的安全性、可靠性奠定了基础。Core 文档还规定了错误的定义及处理、XML 的使用规范、JID（Jabber Identifier，Jabber 标识符）的定义、命名规范等等。所以这是所有基于XMPP 协议的应用都必需支持的文档。 **RFC 3921:** 用户成功登陆到服务器之后，发布更新自己的在线好友管理、发送即时聊天消息等业务。所有的这些业务都是通过三种基本的XML 节来完成的：IQ Stanza（IQ 节）, Presence Stanza（Presence 节）, Message Stanza（Message 节）。RFC3921 还对阻塞策略进行了定义，定义是多种阻塞方式。可以说，RFC3921 是RFC3920 的充分补充。两个文档结合起来，就形成了一个基本的即时通信协议平台，在这个平台上可以开发出各种各样的应用。 **XEP-0030:** 服务搜索。一个强大的用来测定XMPP 网络中的其它实体所支持特性的协议。 **XEP-0115:** 实体性能。XEP-0030 的一个通过即时出席的定制，可以实时改变交变广告功能。 **XEP-0045:** 多人聊天。一组定义参与和管理多用户聊天室的协议，类似于Internet 的Relay Chat，具有很高的安全性。 **XEP-0096:** 文件传输。定义了从一个XMPP 实体到另一个的文件传输。 **XEP-0124:** HTTP 绑定。将XMPP 绑定到HTTP 而不是TCP，主要用于不能够持久的维持与服务器TCP 连接的设备。 **XEP-0166:** Jingle。规定了多媒体通信协商的整体架构。 **XEP-0167:** Jingle Audio Content Description Format。定义了从一个XMPP 实体到另一个的语音传输过程。 **XEP-0176:** Jingle ICE（Interactive Connectivity Establishment）Transport。ICE传输机制，文件解决了如何让防火墙或是NAT（Network Address Translation）保护下的实体建立连接的问题。 **XEP-0177:** Jingle Raw UDP Transport。纯UDP 传输机制，文件讲述了如何在没有防火墙且在同一网络下建立连接的。 **XEP-0180:** Jingle Video Content Description Format。定义了从一个XMPP 实体到另一个的视频传输过程。 **XEP-0181:** Jingle DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）。 **XEP-0183:** Jingle Telepathy Transport Method。

XMPP协议网络架构 XMPP是一个典型的C/S架构，而不是像大多数即时通讯软件一样，使用P2P客户端到客户端的架构，也就是说在大多数情况下，当两个客户端进行通讯时，他们的消息都是通过服务器传递的(也有例外，例如在两个客户端传输文件时)．采用这种架构，主要是为了简化客户端，将大多数工作放在服务器端进行，这样，客户端的工作就比较简单，而且，当增加功能时，多数是在服务器端进行．XMPP服务的框架结构如下图所示．XMPP中定义了三个角色，XMPP客户端，XMPP服务器、网关．通信能够在这三者的任意两个之间双向发生．服务器同时承担了客户端信息记录、连接管理和信息的路由功能．网关承担着与异构即时通信系统的互联互通，异构系统可以包括SMS(短信)、MSN、ICQ等．基本的网络形式是单客户端通过TCP／IP连接到单服务器，然后在之上传输XML，工作原理是：

(1)节点连接到服务器;
(2)服务器利用本地目录系统中的证书对其认证;
(3)节点指定目标地址，让服务器告知目标状态;
(4)服务器查找、连接并进行相互认证;
(5)节点之间进行交互.

XMPP客户端: XMPP 系统的一个设计标准是必须支持简单的客户端。事实上，XMPP 系统架构对客户端只有很少的几个限制。一个XMPP 客户端必须支持的功能有：

通过 TCP 套接字与XMPP 服务器进行通信；
解析组织好的 XML 信息包；
理解消息数据类型。

XMPP 将复杂性从客户端转移到服务器端。这使得客户端编写变得非常容易，更新系统功能也同样变得容易。XMPP 客户端与服务端通过XML 在TCP 套接字的5222 端口进行通信，而不需要客户端之间直接进行通信。 **基本的XMPP 客户端**必须实现以下标准协议（XEP-0211）：

RFC3920 核心协议Core
RFC3921 即时消息和出席协议Instant Messaging and Presence
XEP-0030 服务发现Service Discovery
XEP-0115 实体能力Entity Capabilities

XMPP服务器: XMPP 服务器遵循两个主要法则：

监听客户端连接，并直接与客户端应用程序通信；
与其他 XMPP 服务器通信；

XMPP开源服务器一般被设计成模块化，由各个不同的代码包构成，这些代码包分别处理Session管理、用户和服务器之间的通信、服务器之间的通信、DNS（Domain Name System）转换、存储用户的个人信息和朋友名单、保留用户在下线时收到的信息、用户注册、用户的身份和权限认证、根据用户的要求过滤信息和系统记录等。另外，服务器可以通过附加服务来进行扩展，如完整的安全策略，允许服务器组件的连接或客户端选择，通向其他消息系统的网关。 **基本的XMPP 服务器**必须实现以下标准协议 RFC3920 核心协议Core RFC3921 即时消息和出席协议Instant Messaging and Presence XEP-0030 服务发现Service Discovery

XMPP网关 XMPP 突出的特点是可以和其他即时通信系统交换信息和用户在线状况。由于协议不同，XMPP 和其他系统交换信息必须通过协议的转换来实现，目前几种主流即时通信协议都没有公开，所以XMPP 服务器本身并没有实现和其他协议的转换，但它的架构允许转换的实现。实现这个特殊功能的服务端在XMPP 架构里叫做网关(gateway)。由于网关的存在，XMPP 架构事实上兼容所有其他即时通信网络，这无疑大大提高了XMPP 的灵活性和可扩展性。目前，XMPP 实现了和AIM、ICQ、IRC、MSN Massager、RSS0.9 和Yahoo Massager 的协议转换。

XMPP消息格式：

Message
Presence
IQ

**:** 用于在两个jabber用户之间发送信息。Jsm(jabber会话管理器)负责满足所有的消息，不管目标用户的状态如何。如果用户在线jsm立即提交;否则jsm就存储。

To :标识消息的接收方。
from : 指发送方的名字或标示(id)o
Text: 此元素包含了要提交给目标用户的信息。

eg:

<messageto= 'lily@jabber.org/contact' type ='chat'><body>hello world!</body>
</message>

**:** 用来表明用户的状态，如：online、away、dnd(请勿打扰)等。当用户离线或改变自己的状态时，就会在stream的上下文中插入一个Presence元素，来表明自身的状态．结构如下所示：

Probe :用于向接受消息方法发送特殊的请求
subscribe:当接受方状态改变时，自动向发送方发送presence信息。

eg:

<presence>From ='lily @ jabber.com/contact'To = 'yaoman @ jabber.com/contact'><status> Online </status>
</presence>

**** 一种请求／响应机制，从一个实体从发送请求，另外一个实体接受请求，并进行响应．例如，client在stream的上下文中插入一个元素，向Server请求得到自己的好友列表，Server返回一个，里面是请求的结果．主要的属性是type。包括:

Get :获取当前域值。
Set :设置或替换get查询的值。
Result :说明成功的响应了先前的查询。
Error: 查询和响应中出现的错误。

eg:

<iq from ='lily@jabber.com/contact'id='15701323360'Type=’result’/>

XMPP应用示例

客户端：

<?xml version='1.0'?><stream:streamto='example_com'xmlns='jabber:client'xmlns:stream='http_etherx_jabber_org/streams'version='1.0'>

服务器：

<?xml version='1.0'?><stream:streamfrom='example_com'id='someid'xmlns='jabber:client'xmlns:stream='http_etherx_jabber_org/streams'version='1.0'>

　…其他通信…

客户端：

<messagefrom='juliet_example_com'to='romeo_example_net'xml:lang='en'/>

客户端：

<body>Art thou not Romeo, and a Montague?
</body>

客户端：

</message>

服务器：

<messagefrom='romeo_example_net'to='juliet_example_com'xml:lang='en'/>

服务器：

<body>Neither, fair saint, if either thee dislike.
</body>

服务器：

</message>

客户端：

</stream:stream>

服务器：

</stream:stream>

eg:

以文档的观点来看，客户端或服务器发送的所有XML文本连缀在一起，从<stream>到</stream>构成了一个完整的XML文档。其中的stream标签就是所谓的XML Stream。在<stream>与</stream>中间的那些<message>...</message>这样的XML元素就是所谓的XML Stanza（XML节）。XMPP核心协议通信的基本模式就是先建立一个stream，然后协商一堆安全之类的东西，中间通信过程就是客户端发送XML Stanza，一个接一个的。服务器根据客户端发送的信息以及程序的逻辑，发送XML Stanza给客户端。但是这个过程并不是一问一答的，任何时候都有可能从一方发信给另外一方。通信的最后阶段是</stream>关闭流，关闭TCP/IP连接。

XMPP系统特点：

1)客户机/服务器通信模式；
(2)分布式网络；
(3)简单的客户端；
(4)XML的数据格式。

通俗解释：

其实XMPP 是一种很类似于http协议的一种数据传输协议，它的过程就如同“解包装–〉包装”的过程，用户只需要明白它接受的类型，并理解它返回的类型，就可以很好的利用xmpp来进行数据通讯。