XMPP協議的原理介紹

XMPP（可擴展消息處理現場協議）是基於可擴展標記語言（XML）的協議，它用於即時消息（IM）以及在線現場探測。它在促進server之間的準即時操做。這個協議可能終於贊成因特網用戶向因特網上的其它不論什麼人發送即時消息，即便其操做系統和瀏覽器不一樣。

　　XMPP的前身是Jabber，一個開源形式組織產生的網絡即時通訊協議。XMPP眼下被IETF國際標準組織完畢了標準化工做。標準化的核心結果分爲兩部分；

 

在IETF 中，把IM協議劃分爲四種協議，即即時信息和出席協議(Instant Messaging and Presence Protocol, IMPP)、出席和即時信息協議(Presence and Instant Messaging Protocol, PRIM)、針對即時信息和出席擴展的會話發起協議(Session Initiation Protocol for Instant Messaging and Presence Leveraging Extensions, SIMPLE)，以及可擴展的消息出席協議(XMPP)。最初研發IMPP 也是爲了建立一種標準化的協議，但是今天，IMPP 已經發展成爲基本協議單元，定義所有即時通訊協議應該支持的核心功能集。

XMPP 和SIMPLE 兩種協議是架構，有助於實現IMPP協議所描寫敘述的規範。PRIM 最初是基於即時通訊的協議，與XMPP 和SIMPLE 類似，但是己經再也不使用

1.    XMPP 協議是公開的，由JSF開源社區組織開發的。XMPP 協議並不屬於不論什麼的機構和我的，而是屬於整個社區，這一點從根本上保證了其開放性。

2.    XMPP 協議具備良好的擴展性。在XMPP 中，即時消息和到場信息都是基於XML 的結構化信息，這些信息以XML 節(XML Stanza)的形式在通訊實體間交換。XMPP 發揮了XML 結構化數據的通用傳輸層的做用，它將出席和上下文敏感信息嵌入到XML 結構化數據中，從而使數據以極高的效率傳送給最合適的資源。基於XML 創建起來的應用具備良好的語義完整性和擴展性。

3.    分佈式的網絡架構。XMPP 協議都是基於Client/Server 架構，但是XMPP協議自己並無這種限制。網絡的架構和電子郵件十分相似，但沒有結合不論什麼特定的網絡架構，適用範圍很普遍。

4.    XMPP 具備很是好的彈性。XMPP 除了可用在即時通訊的應用程序，還能用在網絡管理、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)協議做爲通訊通道的加密方法，保證通訊的安全。不論什麼XMPPserver可以獨立於公衆XMPP網絡（好比在企業內部網絡中），而使用SASL及TLS等技術更加加強了通訊的安全性。例如如下圖所看到的：

 

 

XMPP協議的組成

基本的XMPP 協議範本及當今應用很是廣的XMPP 擴展：

RFC 3920 XMPP：核心。定義了XMPP 協議框架下應用的網絡架構，引入了XML Stream（XML 流）與XML Stanza（XML 節），並規定XMPP 協議在通訊過程當中使用的XML 標籤。使用XML 標籤從根本上說是協議開放性與擴展性的需要。此外，在通訊的安全方面，把TLS 安全傳輸機制與SASL 認證機制引入到內核，與XMPP 進行無縫的鏈接，爲協議的安全性、可靠性奠基了基礎。Core 文檔還規定了錯誤的定義及處理、XML 的使用規範、JID（Jabber Identifier，Jabber 標識符）的定義、命名規範等等。因此這是所有基於XMPP 協議的應用都必需支持的文檔。

RFC 3921：用戶成功登錄到server以後，公佈更新本身的在線好友管理、發送即時聊天消息等業務。所有的這些業務都是經過三種主要的XML 節來完畢的：IQ Stanza（IQ 節）, Presence Stanza（Presence 節）, Message Stanza（Message 節）。RFC3921 還對堵塞策略進行了定義，定義是多種堵塞方式。可以說，RFC3921 是RFC3920 的充分補充。兩個文檔結合起來，就造成了一個主要的即時通訊協議平臺，在這個平臺上可以開發出各類各樣的應用。

XEP-0030 服務搜索。一個強大的用來測定XMPP 網絡中的其餘實體所支持特性的協議。

XEP-0115 實體性能。XEP-0030 的一個經過即時出席的定製，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用戶聊天室的協議，類似於Internet 的Relay Chat，具備很是高的安全性。

XEP-0096 文件傳輸。定義了從一個XMPP 實體到還有一個的文件傳輸。

XEP-0124 HTTP 綁定。將XMPP 綁定到HTTP 而不是TCP，主要用於不能夠持久的維持與serverTCP 鏈接的設備。

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 實體到還有一個的語音傳輸過程。

XEP-0176 Jingle ICE（Interactive Connectivity Establishment）Transport。ICE傳輸機制，文件攻克了怎樣讓防火牆或是NAT（Network Address Translation）保護下的實體創建鏈接的問題。

XEP-0177 Jingle Raw UDP Transport。純UDP 傳輸機制，文件講述了怎樣在沒有防火牆且在同一網絡下創建鏈接的。

XEP-0180 Jingle Video Content Description Format。定義了從一個XMPP 實體到還有一個的視頻傳輸過程。

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

XEP-0183 Jingle Telepathy Transport Method。

XMPP協議網絡架構

XMPP是一個典型的C/S架構，而不是像大多數即時通信軟件同樣，使用P2Pclient到client的架構，也就是說在大多數狀況下，當兩個client進行通信時，他們的消息都是經過server傳遞的(也有例外，好比在兩個client傳輸文件時)．採用這樣的架構，主要是爲了簡化client，將大多數工做放在server端進行，這樣，client的工做就比較簡單，而且，當添加功能時，多數是在server端進行．XMPP服務的框架結構例如如下圖所看到的．XMPP中定義了三個角色，XMPPclient，XMPPserver、網關．通訊能夠在這三者的隨意兩個之間雙向發生．server同一時候承擔了client信息記錄、鏈接管理和信息的路由功能．網關承擔着與異構即時通訊系統的互聯互通，異構系統能夠包含SMS(短信)、MSN、ICQ等．主要的網絡形式是單client經過TCP／IP鏈接到單server，而後在之上傳輸XML，工做原理是：

(1)節點鏈接到server；(2)server利用本地文件夾系統中的證書對其認證；(3)節點指定目標地址，讓server告知目標狀態；(4)server查找、鏈接並進行相互認證；(5)節點之間進行交互．

XMPPclient

XMPP 系統的一個設計標準是必須支持簡單的client。其實，XMPP 系統架構對client僅僅有很是少的幾個限制。一個XMPP client必須支持的功能有：

1. 經過 TCP 套接字與XMPP server進行通訊；

2. 解析組織好的 XML 信息包；

3. 理解消息數據類型。

XMPP 將複雜性從client轉移到server端。這使得client編寫變得很easy，更新系統功能也相同變得easy。XMPP client與服務端經過XML 在TCP 套接字的5222 port進行通訊，而不需要client之間直接進行通訊。

主要的XMPP client必須實現下面標準協議（XEP-0211）：

RFC3920 核心協議Core

RFC3921 即時消息和出席協議Instant Messaging and Presence

XEP-0030 服務發現Service Discovery

XEP-0115 實體能力Entity Capabilities

 

XMPPserver

 

XMPP server遵循兩個主要法則：

l  監聽client鏈接，並直接與client應用程序通訊；

l  與其它 XMPP server通訊；

XMPP開源server通常被設計成模塊化，由各個不一樣的代碼包構成，這些代碼包分別處理Session管理、用戶和server之間的通訊、server之間的通訊、DNS（Domain Name System）轉換、存儲用戶的我的信息和朋友名單、保留用戶在下線時收到的信息、用戶註冊、用戶的身份和權限認證、依據用戶的要求過濾信息和系統記錄等。另外，server可以經過附加服務來進行擴展，如完整的安全策略，贊成server組件的鏈接或client選擇，通向其它消息系統的網關。

主要的XMPP server必須實現下面標準協議

RFC3920 核心協議Core

RFC3921 即時消息和出席協議Instant Messaging and Presence

XEP-0030 服務發現Service Discovery

 

 XMPP網關

 

XMPP 突出的特色是可以和其它即時通訊系統交換信息和用戶在線情況。由於協議不一樣，XMPP 和其它系統交換信息必須經過協議的轉換來實現，眼下幾種主流即時通訊協議都沒有公開，因此XMPP server自己並無實現和其它協議的轉換，但它的架構贊成轉換的實現。實現這個特殊功能的服務端在XMPP 架構裏叫作網關(gateway)。眼下，XMPP 實現了和AIM、ICQ、IRC、MSN Massager、RSS0.9 和Yahoo Massager 的協議轉換。由於網關的存在，XMPP 架構其實兼容所有其它即時通訊網絡，這無疑大大提升了XMPP 的靈活性和可擴展性。

 

XMPP地址格式

一個實體在XMPP網絡結構中被稱爲一個接點，它有惟一的標示符jabber identifier(JID)，即實體地址，用來表示一個Jabber用戶，但是也可以表示其它內容，好比一個聊天室．一個有效的JID包含一系列元素：(1)域名(domain identifier)；(2)節點(node identifier)；(3)源(resource identifier)．它的格式是node@domain/resource，node@domain，類似電子郵件的地址格式．domain用來表示接點不一樣的設備或位置，這個是可選的，好比a在Server1上註冊了一個用戶，username爲doom，那麼a的JID就是doom@serverl，在發送消息時，指明doom@serverl就可以了，resource可以不用指定，但a在登陸到這個Server時，fl的JID多是doom@serverl、exodus(假設a用Exodus軟件登陸)，也多是doom@serverl/psi(假設a用psi軟件登陸)．資源僅僅用來識別屬於用戶的位置或設備等，一個用戶可以同一時候以多種資源與同一個XMPP服務器鏈接。

 

XMPP消息格式
XMPP中定義了       3個頂層XML元素: Message、Presence、IQ，如下針對這三種元素進行介紹。

 

<Message>

用於在兩個jabber用戶之間發送信息。Jsm(jabber會話管理器)負責知足所有的消息，不管目標用戶的狀態怎樣。假設用戶在線jsm立刻提交;不然jsm就存儲。

To :標識消息的接收方。

from : 指發送方的名字或標示(id)o

Text: 此元素包括了要提交給目標用戶的信息。

結構例如如下所看到的:

 

<message to= ‘lily@jabber.org/contact’ type =’chat’>

<body> 你好，在忙嗎</body>

</message>

 

 <Presence>

用來代表用戶的狀態，如：online、away、dnd(請勿打攪)等。當用戶離線或改變本身的狀態時，就會在stream的上下文中插入一個Presence元素，來代表自身的狀態．結構例如如下所看到的：

<presence>

From =‘lily @ jabber.com/contact’

To = ‘yaoman @ jabber.com/contact'

<status> Online </status>

</presence>

<presence>元素可以取如下幾種值:

Probe :用於向接受消息方法發送特殊的請求

subscribe:當接受方狀態改變時，本身主動向發送方發送presence信息。

 

 

< IQ >

一種請求／響應機制，從一個實體從發送請求，另一個實體接受請求，並進行響應．好比，client在stream的上下文中插入一個元素，向Server請求獲得本身的好友列表，Server返回一個，裏面是請求的結果．

<iq > 基本的屬性是type。包含:

Get :獲取當前域值。

Set :設置或替換get查詢的值。

Result :說明成功的響應了先前的查詢。

Error: 查詢和響應中出現的錯誤。

結構例如如下所看到的:

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