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XMPP協議簡單介紹

2014-12-11

1為什麼選擇XMPP協議

在IETF 中,把IM協議劃分為四種協議,即即時資訊和出席協議(Instant Messaging and Presence Protocol, IMPP)、出席和即時資訊協議(Presence and Instant Messaging Protocol, PRIM)、針對即時資訊和出席擴充套件的會話發起協議(Session Initiation Protocol for Instant Messaging and Presence Leveraging Extensions, SIMPLE),以及可擴充套件的訊息出席協議(XMPP)

XMPP協議的前身是Jabber,我們採取XMPP協議主來實現IM主要是考慮XMPP協議是以XML為基礎的,它繼承了在XML環境中靈活的發展性。這表明XMPP是可擴充套件的,所以XMPP資訊不僅可以是簡單的文字,而且可以攜帶複雜的資料和各種格式的檔案

  1. XMPP 協議是公開的,由JSF開源社群組織開發的。XMPP 協議並不屬於任何的機構和個人,而是屬於整個社群,這一點從根本上保證了其開放性。

  2. XMPP 協議具有良好的擴充套件性。在XMPP 中,即時訊息和到場資訊都是基於XML 的結構化資訊,這些資訊以XML 節(XML Stanza)的形式在通訊實體間交換。XMPP 發揮了XML 結構化資料的通用傳輸層的作用,它將出席和上下文敏感資訊嵌入到XML 結構化資料中,從而使資料以極高的效率傳送給最合適的資源。基於XML 建立起來的應用具有良好的語義完整性和擴充套件性。

  3. 分散式的網路架構。XMPP 協議都是基於Client/Server 架構,但是XMPP協議本身並沒有這樣的限制。網路的架構和電子郵件十分相似,但沒有結合任何特定的網路架構,適用範圍非常廣泛。

  4. XMPP 具有很好的彈性。XMPP 除了可用在即時通訊的應用程式,還能用在網路管理、內容供稿、協同工具、檔案共享、遊戲、遠端系統監控等。

  5. 安全性。XMPP在Client-to-Server通訊,和Server-to-Server通訊中都使用TLS (Transport Layer Security)協議作為通訊通道的加密方法,保證通訊的安全。任何XMPP伺服器可以獨立於公眾XMPP網路(例如在企業內部網路中),而使用SASL及TLS等技術更加增強了通訊的安全性。如下圖所示: coderyi_xmpp1

2 xmpp的基本網路結構

coderyi_xmpp2

XMPP是一個典型的C/S架構,而不是像大多數即時通訊軟體一樣,使用P2P客戶端到客戶端的架構,也就是說在大多數情況下,當兩個客戶端進行通訊時,他們的訊息都是通過伺服器傳遞的(也有例外,例如在兩個客戶端傳輸檔案時).採用這種架構,主要是為了簡化客戶端,將大多數工作放在伺服器端進行,這樣,客戶端的工作就比較簡單,而且,當增加功能時,多數是在伺服器端進行.XMPP服務的框架結構如下圖所示.XMPP中定義了三個角色,XMPP客戶端,XMPP伺服器、閘道器.通訊能夠在這三者的任意兩個之間雙向發生.伺服器同時承擔了客戶端資訊記錄、連線管理和資訊的路由功能.閘道器承擔著與異構即時通訊系統的互聯互通,異構系統可以包括SMS(簡訊)、MSN、ICQ等.基本的網路形式是單客戶端通過TCP/IP連線到單伺服器,然後在之上傳輸XML,工作原理是:

(1)節點連線到伺服器;(2)伺服器利用本地目錄系統中的證書對其認證;(3)節點指定目標地址,讓伺服器告知目標狀態;(4)伺服器查詢、連線並進行相互認證;(5)節點之間進行互動.

2.1 XMPP客戶端

XMPP 系統的一個設計標準是必須支援簡單的客戶端。事實上,XMPP 系統架構對客戶端只有很少的幾個限制。一個XMPP 客戶端必須支援的功能有:

  1. 通過 TCP 套接字與XMPP 伺服器進行通訊;

  2. 解析組織好的 XML 資訊包;

  3. 理解訊息資料型別。

XMPP 將複雜性從客戶端轉移到伺服器端。這使得客戶端編寫變得非常容易,更新系統功能也同樣變得容易。XMPP 客戶端與服務端通過XML 在TCP 套接字的5222 埠進行通訊,而不需要客戶端之間直接進行通訊。

基本的XMPP 客戶端必須實現以下標準協議(XEP-0211):

RFC3920 核心協議Core

RFC3921 即時訊息和出席協議Instant Messaging and Presence

XEP-0030 服務發現Service Discovery

XEP-0115 實體能力Entity Capabilities

2.2 XMPP伺服器

XMPP 伺服器遵循兩個主要法則:

l 監聽客戶端連線,並直接與客戶端應用程式通訊;

l 與其他 XMPP 伺服器通訊;

XMPP開源伺服器一般被設計成模組化,由各個不同的程式碼包構成,這些程式碼包分別處理Session管理、使用者和伺服器之間的通訊、伺服器之間的通訊、DNS(Domain Name System)轉換、儲存使用者的個人資訊和朋友名單、保留使用者在下線時收到的資訊、使用者註冊、使用者的身份和許可權認證、根據使用者的要求過濾資訊和系統記錄等。另外,伺服器可以通過附加服務來進行擴充套件,如完整的安全策略,允許伺服器元件的連線或客戶端選擇,通向其他訊息系統的閘道器。

基本的XMPP 伺服器必須實現以下標準協議

RFC3920 核心協議Core

RFC3921 即時訊息和出席協議Instant Messaging and Presence

XEP-0030 服務發現Service Discovery

2.3 XMPP閘道器

XMPP 突出的特點是可以和其他即時通訊系統交換資訊和使用者線上狀況。由於協議不同,XMPP 和其他系統交換資訊必須通過協議的轉換來實現,目前幾種主流即時通訊協議都沒有公開,所以XMPP 伺服器本身並沒有實現和其他協議的轉換,但它的架構允許轉換的實現。實現這個特殊功能的服務端在XMPP 架構裡叫做閘道器(gateway)。目前,XMPP 實現了和AIM、ICQ、IRC、MSN Massager、RSS0.9 和Yahoo Massager 的協議轉換。由於閘道器的存在,XMPP 架構事實上相容所有其他即時通訊網路,這無疑大大提高了XMPP 的靈活性和可擴充套件性。

3伺服器端介紹 3.1 什麼是Openfire

Openfire 採用Java開發,開源的實時協作(RTC)伺服器基於XMPP(Jabber)協議。您可以使用它輕易的構建高效率的即時通訊伺服器.

Openfire安裝和使用都非常簡單,並利用Web進行管理。單臺伺服器可支援上萬併發使用者。

由於是採用開放的XMPP協議,您可以使用各種支援XMPP協議的IM客戶端軟體登陸服務.

3.2 為什麼使用Openfire

A、Openfire為Java開源專案

B、 採用開放的XMPP協議

C、 有多種針對不通系統的版本

D、使用Socket通訊

E、 單臺伺服器可支援上萬併發使用者,搭建分散式雲伺服器可輕鬆提供大量併發使用者。

F、 Socket長連線

G、伺服器穩定

H、提供介面,可自己開發外掛

4 XMPP協議的組成 RFC 3920 XMPP:核心。定義了XMPP 協議框架下應用的網路架構,引入了XML Stream(XML 流)與XML Stanza(XML 節),並規定XMPP 協議在通訊過程中使用的XML 標籤。使用XML 標籤從根本上說是協議開放性與擴充套件性的需要。此外,在通訊的安全方面,把TLS 安全傳輸機制與SASL 認證機制引入到核心,與XMPP 進行無縫的連線,為協議的安全性、可靠性奠定了基礎。Core 文件還規定了錯誤的定義及處理、XML 的使用規範、JID(Jabber Identifier,Jabber 識別符號)的定義、命名規範等等。所以這是所有基於XMPP 協議的應用都必需支援的文件。

RFC 3921:使用者成功登陸到伺服器之後,釋出更新自己的線上好友管理、傳送即時聊天訊息等業務。所有的這些業務都是通過三種基本的XML 節來完成的:IQ Stanza(IQ 節), Presence Stanza(Presence 節), Message Stanza(Message 節)。RFC3921 還對阻塞策略進行了定義,定義是多種阻塞方式。可以說,RFC3921 是RFC3920 的充分補充。兩個文件結合起來,就形成了一個基本的即時通訊協議平臺,在這個平臺上可以開發出各種各樣的應用。

XEP-0030 服務搜尋。一個強大的用來測定XMPP 網路中的其它實體所支援特性的協議。

XEP-0115 實體效能。XEP-0030 的一個通過即時出席的定製,可以實時改變交變廣告功能。

XEP-0045 多人聊天。一組定義參與和管理多使用者聊天室的協議,類似於Internet 的Relay Chat,具有很高的安全性。

XEP-0096 檔案傳輸。定義了從一個XMPP 實體到另一個的檔案傳輸。

XEP-0124 HTTP 繫結。將XMPP 繫結到HTTP 而不是TCP,主要用於不能夠持久的維持與伺服器TCP 連線的裝置。

XEP-0166 Jingle。規定了多媒體通訊協商的整體架構。

XEP-0167 Jingle Audio Content Description Format。定義了從一個XMPP 實體到另一個的語音傳輸過程。

XEP-0176 Jingle ICE(Interactive Connectivity Establishment)Transport。ICE傳輸機制,檔案解決了如何讓防火牆或是NAT(Network Address Translation)保護下的實體建立連線的問題。

XEP-0177 Jingle Raw UDP Transport。純UDP 傳輸機制,檔案講述瞭如何在沒有防火牆且在同一網路下建立連線的。

XEP-0180 Jingle Video Content Description Format。定義了從一個XMPP 實體到另一個的視訊傳輸過程。

XEP-0181 Jingle DTMF(Dual Tone Multi-Frequency)。

XEP-0183 Jingle Telepathy Transport Method。

5 XMPP地址格式

一個實體在XMPP網路結構中被稱為一個接點,它有唯一的標示符jabber identifier(JID),即實體地址,用來表示一個Jabber使用者,但是也可以表示其他內容,例如一個聊天室.一個有效的JID包括一系列元素:(1)域名(domain identifier);(2)節點(node identifier);(3)源(resource identifier).它的格式是[email protected]/resource,[email protected] ,類似電子郵件的地址格式.domain用來表示接點不同的裝置或位置,這個是可選的,例如a在Server1上註冊了一個使用者,使用者名稱為doom,那麼a的JID就是[email protected],在傳送訊息時,指明[email protected]就可以了,resource可以不用指定,但a在登入到這個Server時,fl的JID可能是[email protected]、exodus(如果a用Exodus軟體登入),也可能是[email protected]/psi(如果a用psi軟體登入).資源只用來識別屬於使用者的位置或裝置等,一個使用者可以同時以多種資源與同一個XMPP伺服器連線。

6 XMPP訊息格式

XMPP通訊原語有3種:message、presence和iq。

6.1 message

message是一種基本推送訊息方法,它不要求響應。主要用於IM、groupChat、alert和notification之類的應用中。

主要屬性如下:

6.1.1 type屬性,它主要有5種類型:

normal:類似於email,主要特點是不要求響應;

chat:類似於qq裡的好友即時聊天,主要特點是實時通訊;

groupchat:類似於聊天室裡的群聊;

headline:用於傳送alert和notification;

error:如果傳送message出錯,發現錯誤的實體會用這個類別來通知傳送者出錯了;

6.1.2 to屬性:標識訊息的接收方。

6.1.3 from屬性:指傳送方的名字或標示。為防止地址外洩,這個地址通常由傳送者的server填寫,而不是傳送者。

載荷(payload):例如body,subject,thread

例子:

<message

  to="[email protected]/contact"

  type="chat" >

    <body> 你好,在忙嗎</body>

</message>

6.2 presence

presence用來表明使用者的狀態,如:online、away、dnd(請勿打擾)等。當改變自己的狀態時,就會在stream的上下文中插入一個Presence元素,來表明自身的狀態。要想接受presence訊息,必須經過一個叫做presence subscription的授權過程。

6.2.1 屬性:

6.2.1.1 type屬性,非必須。有以下類別

subscribe:訂閱其他使用者的狀態

probe:請求獲取其他使用者的狀態

unavailable:不可用,離線(offline)狀態

6.2.1.2 to屬性:標識訊息的接收方。

6.2.1.3 from屬性:指傳送方的名字或標示。

6.2.2 載荷(payload):

6.2.2.1 show:

chat:聊天中

away:暫時離開

xa:eXtend Away,長時間離開

dnd:勿打擾

6.2.2.2 status:格式自由,可閱讀的文字。也叫做rich presence或者extended presence,常用來表示使用者當前心情,活動,聽的歌曲,看的視訊,所在的聊天室,訪問的網頁,玩的遊戲等等。

6.2.2.3 priority:範圍-128~127。高優先順序的resource能接受傳送到bare JID的訊息,低優先順序的resource不能。優先順序為負數的resource不能收到傳送到bare JID的訊息。

例子:

<presence from="[email protected]/pda">

  <show>xa</show>

  <status>down the rabbit hole!</status>

</presence>

6.3 iq (Info / Query)

一種請求/響應機制,從一個實體從傳送請求,另外一個實體接受請求,並進行響應。例如,client在stream的上下文中插入一個元素,向Server請求得到自己的好友列表,Server返回一個,裡面是請求的結果。

主要的屬性是type。包括:

Get :獲取當前域值。類似於http get方法。

Set :設定或替換get查詢的值。類似於http put方法。

Result :說明成功的響應了先前的查詢。類似於http狀態碼200。

Error: 查詢和響應中出現的錯誤。

例子:

<iq from="[email protected]/pda"

    id="rr82a1z7"

    to="[email protected]"

    type="get">

  <query xmlns="jabber:iq:roster"/>

</iq>