XMPP 协议在Android 即时通讯系统中的应用
2013-12-29李新路
摘要：即时通讯是一种基于互联网的网络应用，目前很多即时通讯系统，如MSN，QQ等，但由于使用了不同的协议，各个系统之间不能互联。可扩展消息与存在协议（XMPP）是即时通讯系统通信协议的标准，该文提出一种基于XMPP协议的即时通讯系统方案，并基于Android平台设计实现了即时通讯客户端，有效的解决了即时通讯系统中通信不畅的问题，并为其他类型智能平台间的即时通信提出一种可参考的解决方案。
关键词：即时通讯；可扩展消息与存在协议 ；Android
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）28-6268-03
目前主流的即时通讯协议主要有可扩展消息与存在协议（XMPP）、空间和即时信息协议（PRIM）、即时信息和空间协议（IMPP）以及针对即时通讯和空间平衡扩充的会话初始协议SIP（SIMPLE）。其中，XMPP协议是基于XML的协议，高度自由、高度开发，并易于掌握，其技术规格已经被IETF互联网工程小组定义在RFC3920及RFC3921，任何遵循XMPP协议的软件都可以实现相互通讯。[1]
本文遵循XMPP协议，基于Android操作系统设计实现即时通讯系统，使用Openfire服务器及Smack客户端类库实现即时通讯的基本功能，解决不同即时通讯软件的通信问题。
1 XMPP协议分析
1.1 XMPP的体系结构
XMPP协议采用客户端—服务器架构，其基本网络结构中定义了三种角色：客户端、服务器和网关；XMPP服务器支持服务器之间DNS路由，所有从客户端到客户端的数据和消息都需要经过XMPP服务器进行转发。[2]
1.2 XMPP的消息格式
基于XMPP协议即时通讯的核心是XML流传输协议，它以片段的形式在网络上发送XML流，即在TCP连接上传输XML流，是XMPP即时通讯指令的传递手段。[3]
XMPP协议的XML流包含了三种元素，其中，
1.3 XMPP的安全机制
XMPP协议族一共有四层，从底层到上层分别是TCP协议、TLS协议、SASL协议和XMPP协议层。如图1。
为了提供通信的保密性和数据完整性，在TCP传输协议之上，XMPP协议族引入了安全传输层协议（TLS），防止服务器间发送的数据被篡改或偷听，保证了在传输过程中数据的安全。TLS协议由两层组成：TLS记录协议（TLS Record）和TLS握手协议（TLS Handshake）。[2][6]此外，XMPP协议族还支持SASL认证（简单认证与安全层），以支持多种认证机制。
2 服务器端设计
2.1 Openfire
Openfire 是基于XMPP 协议的即时通讯服务器端的一个实现，是一个开源的实时协作（RTC）服务器，采用并实现了插件机制，方便扩展。由于采用了开放的XMPP协议，我们可以使用各种支持XMPP协议的即时通讯客户端软件访问服务器。[5]
2.2 信息认证
在XMPP服务器中，各客户端之间的连接都需要通过服务器进行转发，服务器端对每个客户端的连接请求进行认证操作。服务器设计了认证组件，首先要调用XML解析模块对客户端用户发送的XML消息进行解析，获得用户的认证信息，认证组件将对认证信息进行认证，最终将认证结果返回给客户端用户。流程图如图2： [4][5]
2.3 消息处理
服务器消息处理主要任务是为获取信息认证后，针对每个客户端的连接建立一个与客户端地址结构相关的会话，并且在会话的上下文中进行消息的发送和接收。[3]
Openfire服务器采用线程技术来提高服务器处理消息的性能，同时使用线程池来管理线程，为每个连接服务器的客户端用户创建单独的会话，每个会话对应于一个线程池中的线程。当服务器收到了客户端发送过来的消息，经过处理后立即交给相应的会话线程来进行处理；同时客户端在与服务器取得连接后也会建立对应的会话，此时由这两个会话负责客户端和服务器端的消息传输，利用这种线程池和会话机制就可以保证消息传输的即时性。
3 客户端设计
3.1 Smack类库
Smack是一个易于使用的XMPP（jabber）客户端Java类库，它封装了一系列的方法，这些方法提供了关于XMPP协议XML数据的组装，当我们需要传输XMPP协议的数据时，只需要调用Smack提供的方法就可以自动封装成XMPP协议的数据流，可以对Smack类库进行修改和二次开发，使其支持Android平台即时通讯客户端开发。
3.2 客户端逻辑架构
系统客户端采用MVC设计模式进行设计，将逻辑代码与视图层以及数据模型层进行分离，实现系统的松散耦合，便于系统的维护和代码的重用。[6][7]客户端逻辑架构图如下：
3.3 客户端模块设计
注册模块调用Smack类库中的createAccount（）方法，将用户注册的用户名账号和密码封装成XML数据包发送给数据库，并等待服务器回复的返回码，根据返回码判断是否注册成功。
登录界面是由LoginActivity类创建，由LoginService发送登录请求给服务器，为了不阻塞主线程，在LoginService中开启一个新的线程来与服务器进行交互，同时使用Smack类库中ConnectionConfiguration类配置一些连接信息，如服务器域名或IP地址。
用户登录模块主要XMPPConnection类实现，可以获取服务器返回的好友信息，若登录成功，服务器会返回该用户的所有好友信息，在线状态信息。
会话模块负责创建会话和管理会话信息，这是即时通讯系统的核心。Smack类库中的sendMessage （）方法实现了消息的发送，所有会话信息都需要经过服务器中转，所以sendMessage（）方法发送的信息先要发送给服务器，由服务器转发给指定用户。此时，其他用户需要添加一个监听器，监听外来数据包的变化，才能接受服务器转发的信息。
文件传输模块是即时通讯系统的主要扩展功能，文件的发送可以调用Smack类库的FileTransferManager类来实现，需要注意的是文件传输会占用较多处理机资源，容易阻塞线程，因而需要开启FileTransferService服务处理整个发送传输过程。
4 结束语
本文分析了XMPP协议以及基于此协议的Openfire服务器和Smack类库的使用，提出了基于XMPP协议的Android即时通讯系统的解决方案。经过验证，此方案可以实现Android设备之间，Android设备与PC机之间基于XMPP协议的即时通讯，也为其他平台，如IOS与Android之间的通信提供参考。
参考文献：
[1] XMPP Protocol [EB/OL].http：//xmpp.org.
[2] 潘晓丰.基于XMPP的企业IM的研究及实现[D].北京：中国科学院计算技术研究所，2006.
[3] 陈武.基于XMPP的企业级即时通信系统的研究与实现[D].武汉：武汉理工大学，2009.
[4] 贾琴勇.即时通讯系统的研究与实现[D].武汉：武汉理工大学，2008.
[5] Openfire.[EB/OL]. http：//www.igniterealtime.org.
[6] Android.[EB/OL].http：//developer.android.com/index.html.
[7] 郭宏志.Android应用开发详解[M].北京：电子工业出版社，2010.
