XMPP协议的原理介绍

XMPP（可扩展消息处理现场协议）是基于可扩展标记语言（XML）的协议，它用于即时消息（IM）以及在线现场探測。它在促进server之间的准即时操做。这个协议可能终于赞成因特网用户向因特网上的其它不论什么人发送即时消息，即便其操做系统和浏览器不一样。

　　XMPP的前身是Jabber，一个开源形式组织产生的网络即时通讯协议。XMPP眼下被IETF国际标准组织完毕了标准化工做。标准化的核心结果分为两部分；

 

在IETF 中，把IM协议划分为四种协议，即即时信息和出席协议(Instant Messaging and Presence Protocol, IMPP)、出席和即时信息协议(Presence and Instant Messaging Protocol, PRIM)、针对即时信息和出席扩展的会话发起协议(Session Initiation Protocol for Instant Messaging and Presence Leveraging Extensions, SIMPLE)，以及可扩展的消息出席协议(XMPP)。最初研发IMPP 也是为了建立一种标准化的协议，但是今天，IMPP 已经发展成为基本协议单元，定义所有即时通讯协议应该支持的核心功能集。

XMPP 和SIMPLE 两种协议是架构，有助于实现IMPP协议所描写叙述的规范。PRIM 最初是基于即时通讯的协议，与XMPP 和SIMPLE 类似，但是己经再也不使用

1.    XMPP 协议是公开的，由JSF开源社区组织开发的。XMPP 协议并不属于不论什么的机构和我的，而是属于整个社区，这一点从根本上保证了其开放性。

2.    XMPP 协议具备良好的扩展性。在XMPP 中，即时消息和到场信息都是基于XML 的结构化信息，这些信息以XML 节(XML Stanza)的形式在通讯实体间交换。XMPP 发挥了XML 结构化数据的通用传输层的做用，它将出席和上下文敏感信息嵌入到XML 结构化数据中，从而使数据以极高的效率传送给最合适的资源。基于XML 创建起来的应用具备良好的语义完整性和扩展性。

3.    分布式的网络架构。XMPP 协议都是基于Client/Server 架构，但是XMPP协议自己并无这种限制。网络的架构和电子邮件十分相似，但没有结合不论什么特定的网络架构，适用范围很普遍。

4.    XMPP 具备很是好的弹性。XMPP 除了可用在即时通讯的应用程序，还能用在网络管理、内容供稿、协同工具、档案共享、游戏、远端系统监控等。

5.    安全性。XMPP在Client-to-Server通讯，和Server-to-Server通讯中都使用TLS (Transport Layer Security)协议做为通讯通道的加密方法，保证通讯的安全。不论什么XMPPserver可以独立于公众XMPP网络（好比在企业内部网络中），而使用SASL及TLS等技术更加加强了通讯的安全性。例如如下图所看到的：

 

 

XMPP协议的组成

基本的XMPP 协议范本及当今应用很是广的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 协议在通讯过程当中使用的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，在通讯的安全方面，把TLS 安全传输机制与SASL 认证机制引入到内核，与XMPP 进行无缝的链接，为协议的安全性、可靠性奠基了基础。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。因此这是所有基于XMPP 协议的应用都必需支持的文档。

RFC 3921：用户成功登录到server以后，公布更新本身的在线好友管理、发送即时聊天消息等业务。所有的这些业务都是经过三种主要的XML 节来完毕的：IQ Stanza（IQ 节）, Presence Stanza（Presence 节）, Message Stanza（Message 节）。RFC3921 还对堵塞策略进行了定义，定义是多种堵塞方式。可以说，RFC3921 是RFC3920 的充分补充。两个文档结合起来，就造成了一个主要的即时通讯协议平台，在这个平台上可以开发出各类各样的应用。

XEP-0030 服务搜索。一个强大的用来測定XMPP 网络中的其余实体所支持特性的协议。

XEP-0115 实体性能。XEP-0030 的一个经过即时出席的定制，可以实时改变交变广告功能。

XEP-0045 多人聊天。一组定义參与和管理多用户聊天室的协议，类似于Internet 的Relay Chat，具备很是高的安全性。

XEP-0096 文件传输。定义了从一个XMPP 实体到还有一个的文件传输。

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serverTCP 链接的设备。

XEP-0166 Jingle。规定了多媒体通讯协商的整体架构。

XEP-0167 Jingle Audio Content Description Format。定义了从一个XMPP 实体到还有一个的语音传输过程。

XEP-0176 Jingle ICE（Interactive Connectivity Establishment）Transport。ICE传输机制，文件攻克了怎样让防火墙或是NAT（Network Address Translation）保护下的实体创建链接的问题。

XEP-0177 Jingle Raw UDP Transport。纯UDP 传输机制，文件讲述了怎样在没有防火墙且在同一网络下创建链接的。

XEP-0180 Jingle Video Content Description Format。定义了从一个XMPP 实体到还有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信软件同样，使用P2Pclient到client的架构，也就是说在大多数状况下，当两个client进行通信时，他们的消息都是经过server传递的(也有例外，好比在两个client传输文件时)．採用这样的架构，主要是为了简化client，将大多数工做放在server端进行，这样，client的工做就比較简单，而且，当添加功能时，多数是在server端进行．XMPP服务的框架结构例如如下图所看到的．XMPP中定义了三个角色，XMPPclient，XMPPserver、网关．通讯能够在这三者的随意两个之间双向发生．server同一时候承担了client信息记录、链接管理和信息的路由功能．网关承担着与异构即时通讯系统的互联互通，异构系统能够包含SMS(短信)、MSN、ICQ等．主要的网络形式是单client经过TCP／IP链接到单server，而后在之上传输XML，工做原理是：

(1)节点链接到server；(2)server利用本地文件夹系统中的证书对其认证；(3)节点指定目标地址，让server告知目标状态；(4)server查找、链接并进行相互认证；(5)节点之间进行交互．

XMPPclient

XMPP 系统的一个设计标准是必须支持简单的client。其实，XMPP 系统架构对client仅仅有很是少的几个限制。一个XMPP client必须支持的功能有：

1. 经过 TCP 套接字与XMPP server进行通讯；

2. 解析组织好的 XML 信息包；

3. 理解消息数据类型。

XMPP 将复杂性从client转移到server端。这使得client编写变得很easy，更新系统功能也相同变得easy。XMPP client与服务端经过XML 在TCP 套接字的5222 port进行通讯，而不需要client之间直接进行通讯。

主要的XMPP client必须实现下面标准协议（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

 

XMPPserver

 

XMPP server遵循两个主要法则：

l  监听client链接，并直接与client应用程序通讯；

l  与其它 XMPP server通讯；

XMPP开源server通常被设计成模块化，由各个不一样的代码包构成，这些代码包分别处理Session管理、用户和server之间的通讯、server之间的通讯、DNS（Domain Name System）转换、存储用户的我的信息和朋友名单、保留用户在下线时收到的信息、用户注冊、用户的身份和权限认证、依据用户的要求过滤信息和系统记录等。另外，server可以经过附加服务来进行扩展，如完整的安全策略，赞成server组件的链接或client选择，通向其它消息系统的网关。

主要的XMPP server必须实现下面标准协议

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 突出的特色是可以和其它即时通讯系统交换信息和用户在线情况。由于协议不一样，XMPP 和其它系统交换信息必须经过协议的转换来实现，眼下几种主流即时通讯协议都没有公开，因此XMPP server自己并无实现和其它协议的转换，但它的架构赞成转换的实现。实现这个特殊功能的服务端在XMPP 架构里叫作网关(gateway)。眼下，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 架构其实兼容所有其它即时通讯网络，这无疑大大提升了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，它有惟一的标示符jabber identifier(JID)，即实体地址，用来表示一个Jabber用户，但是也可以表示其它内容，好比一个聊天室．一个有效的JID包含一系列元素：(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用来表示接点不一样的设备或位置，这个是可选的，好比a在Server1上注冊了一个用户，username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在登陆到这个Server时，fl的JID多是doom@serverl、exodus(假设a用Exodus软件登陆)，也多是doom@serverl/psi(假设a用psi软件登陆)．资源仅仅用来识别属于用户的位置或设备等，一个用户可以同一时候以多种资源与同一个XMPP服务器链接。

 

XMPP消息格式
XMPP中定义了       3个顶层XML元素: Message、Presence、IQ，如下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)负责知足所有的消息，不管目标用户的状态怎样。假设用户在线jsm立刻提交;不然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: 此元素包括了要提交给目标用户的信息。

结构例如如下所看到的:

 

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

<body> 你好，在忙吗</body>

</message>

 

 <Presence>

用来代表用户的状态，如：online、away、dnd(请勿打搅)等。当用户离线或改变本身的状态时，就会在stream的上下文中插入一个Presence元素，来代表自身的状态．结构例如如下所看到的：

<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，本身主动向发送方发送presence信息。

 

 

< IQ >

一种请求／响应机制，从一个实体从发送请求，另一个实体接受请求，并进行响应．好比，client在stream的上下文中插入一个元素，向Server请求获得本身的好友列表，Server返回一个，里面是请求的结果．

<iq > 基本的属性是type。包含:

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。

结构例如如下所看到的:

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