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Tigase开发笔记1:深入认识XMPP协议

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要学习基于XMPP协议的IM开发,首先要熟悉XMPP协议本身。

XMPP协议的组成

主要的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。

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. XEP-0096 文件传输。定义了从一个XMPP 实体到另一个的文件传输。
  5. 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。
  6. XEP-0166 Jingle。规定了多媒体通信协商的整体架构。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. XEP-0181 Jingle DTMF(Dual Tone Multi-Frequency)。
  12. 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. (1)节点连接到服务器;
  2. (2)服务器利用本地目录系统中的证书对其认证;
  3. (3)节点指定目标地址,让服务器告知目标状态;
  4. (4)服务器查找、连接并进行相互认证;
  5. (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:

  1. 1. 通过 TCP 套接字与XMPP 服务器进行通信;
  2. 2. 解析组织好的 XML 信息包;
  3. 3. 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):

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

XMPP服务器

XMPP 服务器遵循两个主要法则:

  1. l 监听客户端连接,并直接与客户端应用程序通信;
  2. l 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

  1. RFC3920 核心协议Core
  2. RFC3921 即时消息和出席协议Instant Messaging and Presence
  3. 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)。目前,XMPP 实现了和AIM、ICQ、IRC、MSN Massager、RSS0.9 和Yahoo Massager 的协议转换。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。

XMPP地址格式

一个实体在XMPP网络结构中被称为一个接点,它有唯一的标示符jabber identifier(JID),即实体地址,用来表示一个Jabber用户,但是也可以表示其他内容,例如一个聊天室.一个有效的JID包括一系列元素:(1)域名(domain identifier);(2)节点(node identifier);(3)源(resource identifier).它的格式是node@domain/resource,node@domain,类似电子邮件的地址格式.domain用来表示接点不同的设备或位置,这个是可选的,例如a在Server1上注册了一个用户,用户名为doom,那么a的JID就是doom@serverl,在发送消息时,指明doom@serverl就可以了,resource可以不用指定,但a在登录到这个Server时,fl的JID可能是doom@serverl、exodus(如果a用Exodus软件登录),也可能是doom@serverl/psi(如果a用psi软件登录).资源只用来识别属于用户的位置或设备等,一个用户可以同时以多种资源与同一个XMPP服务器连接。

XMPP消息格式

XMPP中定义了3个顶层XML元素: Message、Presence、IQ,下面针对这三种元素进行介绍。

<Message>

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。

结构如下所示:

<message to= ‘lily@jabber.org/contact’ type =’chat’>
<body> 你好,在忙吗</body>
</message>

<Presence>

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:

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

<presence>元素可以取下面几种值:

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。

< IQ >

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.
<iq > 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。

结构如下所示:

<iq from =‘lily @ jabber.com/contact’id=’1364564666’ Type=’result’>

另外协议中还有一些概念需要重复一下,便于理解!

什么是stanza(节)?

消息节点(类似于xml中的节点元素),可以理解为各种各样的消息节点(plugin可以对这些自定义消息进行针对性识别和处理).

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。

什么是JID?

XMPP的地址叫做JabberID(简写为JID),它用来标示XMPP网络中的各个XMPP实体。JID由三部分组成:domain,node identifier和resource。JID中domain是必不可少的部分。注意:domain和user部分是不分大小写的,但是resource区分大小写。

jid = [ node "@" ] domain [ "/" resource ]  
domain = fqdn / address-literal  
fqdn = (sub-domain 1*("." sub-domain))  
sub-domain = (internationalized domain label)  
address-literal = IPv4address / IPv6address  

domain:通常指网络中的网关或者服务器。

node identifier:通常表示一个向服务器或网关请求和使用网络服务的实体(比如一个客户端),当然它也能够表示其他的实体(比如在多用户聊天系统中的一个房间)。

resource:通常表示一个特定的会话(与某个设备),连接(与某个地址),或者一个附属于某个节点ID实体相关实体的对象(比如多用户聊天室中的一个参加者)。

JID种类有:

  1. bare JID:user@domain.tld
  2. full JID:user@domain.tld/resource

例子:

stpeter@jabber.org:表示服务器jabber.org上的用户stpeter。

room@service:一个用来提供多用户聊天服务的特定的聊天室。这里 “room“ 是聊天室的名字, ”service“ 是多用户聊天服务的主机名。

room@service/nick:加入了聊天室的用户nick的地址。这里 “room“ 是聊天室的名字, ”service“ 是多用户聊天服务的主机名,”nick“ 是用户在聊天室的昵称。

为了标示JID,XMPP也有自己的URI,例如xmpp:stpeter@jabber.org,默认规则是在JID前加 xmpp:。

一个基本的IM具备以下功能

1、用户系统:用户注册、登录、添加好友、删除好友、好友列表、支持上传头像、可以修改个人信息、名称、性别、地区、签名、黑名单功能、拉入黑名单将无法收到对方的信息、查看好友当前地理位置。

2、聊天系统:发送文字、图片、语音、表情。语音聊天可以显示时长、未读状态,自动轮播未读语音;

3、群聊系统:建立房间、加入房间、删除房间、房间列表、群聊、屏蔽群消息功能、邀请、踢出好友(只有房主才有这个功能)。并有操作日志实时显示在房间中

4、附近人功能:根据筛选条件查看附近的人,查看用户时能显示位置

5、朋友圈:支持发送文本、图片、语音、视频或以上混合消息,支持好友进行赞、评论、转发、送礼物等操作,并且可以根据消息显示粉丝贡献值。

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