即时通信系统Openfire分析之一：Openfire与XMPP协议

2023-08-09 17:52:58

　  引言

　　目前互联网产品使用的即时通信协议有这几种：即时信息和空间协议(IMPP)、空间和即时信息协议(PRIM)、针对即时通讯和空间平衡扩充的进程开始协议SIP(SIMPLE)以及XMPP。PRIM与XMPP、SIMPLE类似，但已经不再使用了。

　　本次要讲的是XMPP，由Openfire实现.

　　1、Openfire与XMPP

　　Openfire是开源的实时协作服务器（RTC），它是基于公开协议XMPP（RFC-3920），并在此基础上实现了XMPP-IM(RFC-3921)，扩展了IM功能，对实施协作的各种场景做较全面的考虑，如用户在线状态切换、消息订阅、通知等等，因此可以用来搭建即时通信服务器，其搭建的方法也很简易。

　　RFC-3920与RFC-3921的说明：

　　（1）RFC-3920：XMPP的核心。定义了XMPP协议框架下应用的网络架构，引入了XMLStream（XML流）与XMLStanza（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。

　　（2）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。

　　2、Openfire的特点：

　（1）超强的扩展能力

　　XMPP协议，继承了在XML灵活的扩展性，通过扩展发送扩展信息、或者在原有的信息中增加扩展节点来处理用户需求。另外，Openfire本身也支持插件开发，开发者可以根据需求，以插件的形式添加所需要的功能，例如好友列表、群成员列表等，而不需要去修改核心的源代码。

（2）并发能力

　　Openfire的通信处理基于Apache MINA框架实现，单机可支持上万的并发，同时也支持集群。

（3）安全性：

　　XMPP在C2S通信，和S2S通信中都使用TLS协议作为通信通道的加密方法，保证通信的安全

（3）对Web的支持：

　　Openfire采用内置的jetty作web服务器，可以方便的在上面增加WEB功能。jetty服务器是随AdminConsolePlugin插件时启动，通过调用startup()方法。9090为其明文端口，9091为其加密端口。

　　3、通信机制

　　1、帐号体系

　　（1）XMPP服务器的帐号基础，是域（Domain），例如：org.example.com，它在服务器配置时的时候设置，也是服务器能被访问到的域名或IP地址。客户端连接的时候，用这个域去寻找服务器。

　　（2）JID：XMPP中，任何一个可能进行通信的实体，包括一个用户、或者一个聊天室，都需要一个JID。

　　用户的JID格式为：usre@domain，如：abc@org.example.com

　　聊天室的JID为：room@conference.domain， 如ABC@conference.org.example.com

　　一般情况，JID后面还会附带一个资源名（resource），指代这个客户端的来源，比如：abc@org.example.com/pc-abc，表示这个JID在一台名为pc-abc的设备上登录。这是同一个帐号能够在多个设备中登录的基础。

　　2、通信端口

　　C-S连接的端口是5222 ，S-S连接的端口为5269，这些端口已经在IANA注册。

　　3、通信机制

　　当客户端连接上XMPP服务器创建会话时，首先是建立一个TCP长连接，并在这个连接上收发XML流进行协商，协商通过后，服务端与客户端，可以通过Message、Presence、IQ这三种格式进行数据交换。

　　这三种数据交换格式，下面逐个做介绍：

　　（1）Message：基本的消息发送，不要求得到响应，用于即时通信、群组、通知等

　　结构如下：

<message from='1002@zy-fordestiny' to='1001@zy-fordestiny' xml:lang='en'>

    <body>Are you OK？</body>

</message>

　　其中：

　　To : 消息接收方JID。

　　from : 消息发送方JID

　　body: 所要发送的消息。

　　（2）Presence：用来表明用户的状态，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：

<presence from='1001@zy-fordestiny' to='1002@zy-fordestiny'>

    <status> Online </status>

</presence>

　　（3）IQ：一种请求／响应机制，类似于Http的get请求。

　　结构如下:（以客户端请求服务器绑定资源为例）

<iq type='set' id='bind_1'>

     <bind xmlns='urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-bind'/>

</iq>

　　iq消息中，type是主要属性，值包括:

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。

　　4、通信示例

　　下面以一个客户端登录IM服务器的例子，说明客户端与服务的交互过程。其中C-S表示客户端往服务端发消息，S-C表示服务端往客户端发消息。

　　1、初始stream

　　C-S：

<stream:stream xmlns='jabber:client' to='zy-fordestiny'

        xmlns:stream='http://etherx.jabber.org/streams'

        version='1.0'

        from='10023@zy-fordestiny'

        xml:lang='en'>

　　S-C：

<?xml version='1.0' encoding='UTF-8'?>

<stream:stream xmlns:stream="http://etherx.jabber.org/streams"

        xmlns="jabber:client"

        from="zy-fordestiny"

        id="34hpvqh6zz"

        xml:lang="en"

        version="1.0">

　　S-C：通知客户端STL认证

<stream:features>

    <starttls xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-tls"></starttls>

    <mechanisms xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-sasl">

        <mechanism>PLAIN</mechanism>

        <mechanism>ANONYMOUS</mechanism>

        <mechanism>SCRAM-SHA-1</mechanism>

        <mechanism>CRAM-MD5</mechanism>

        <mechanism>DIGEST-MD5</mechanism>

        <mechanism>JIVE-SHAREDSECRET</mechanism>

    </mechanisms>

    <compression xmlns="http://jabber.org/features/compress">

        <method>zlib</method>

    </compression>

    <auth xmlns="http://jabber.org/features/iq-auth"/>

    <register xmlns="http://jabber.org/features/iq-register"/>

</stream:features>

　　2、TLS协商

　　C-S：

<starttls xmlns='urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-tls'></starttls>

　　S-C：通知客户端可以进行STL协商

<proceed xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-tls"/>

　　3、客户端和服务器尝试通过已有的TCP连接完成 TLS 握手

　　4、如果 TLS 握手成功，客户端初始化一个新的流给服务器

　　C-S：

<stream:stream xmlns='jabber:client' to='zy-fordestiny'

        xmlns:stream='http://etherx.jabber.org/streams'

        version='1.0'

        from='10023@zy-fordestiny'

        xml:lang='en'>

　　S-C：

<?xml version='1.0' encoding='UTF-8'?>

<stream:stream xmlns:stream="http://etherx.jabber.org/streams"

            xmlns="jabber:client" from="zy-fordestiny" id="34hpvqh6zz"

            xml:lang="en" version="1.0">

        <stream:features>

    <mechanisms xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-sasl">

        <mechanism>PLAIN</mechanism>

        <mechanism>ANONYMOUS</mechanism>

        <mechanism>SCRAM-SHA-1</mechanism>

        <mechanism>CRAM-MD5</mechanism>

        <mechanism>DIGEST-MD5</mechanism>

        <mechanism>JIVE-SHAREDSECRET</mechanism>

    </mechanisms>

    <compression xmlns="http://jabber.org/features/compress">

        <method>zlib</method>

    </compression>

    <auth xmlns="http://jabber.org/features/iq-auth"/>

    <register xmlns="http://jabber.org/features/iq-register"/>

</stream:features>

　　4 开始SASL握手

　　C-S：客户端选择一种验证机制

<auth xmlns='urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-sasl'

    mechanism='SCRAM-SHA-1'>biwsbj0xMDAyMyxyPUpkYjNr

    Vn5mLzYwYH05N0tdfmk2M3Q8Wj14cmdnIy1S</auth>

　　S-C：

<challenge xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-sasl">

    cj1KZGIza1Z+Zi82MGB9OTdLXX5pNjN0PFo9eHJnZyMtUmQ0ODQ3MGFjLWU4YjAtNG

    Q3NS05ZDAzLWI4NjE3MTI0ODlhYSxzPU5aQjJ2bzljcjlqNjFINEE5L1dLMWtOMVFjVnVJVFlkLGk9NDA5Ng==

</challenge>

　　C-S：

<response xmlns='urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-sasl'>

    Yz1iaXdzLHI9SmRiM2tWfmYvNjBgfTk3S11+aTYzdDxaPXhyZ2cjLVJkNDg0NzBh

    Yy1lOGIwLTRkNzUtOWQwMy1iODYxNzEyNDg5YWEscD11QStXMFBWQnFKWnNWQjVZd2pNRlVESGFGQjQ9

</response>

　　S-C：通知客户端验证成功

<success xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-sasl">

    dj02a1l6bkFDVHRLaGNEdVlVR1BlY1FWZ283RzQ9

</success>

　　5、stream

　　C-S：客户端发起一个新的流

<stream:stream xmlns='jabber:client' to='zy-fordestiny'

        xmlns:stream='http://etherx.jabber.org/streams'

        version='1.0' from='10023@zy-fordestiny'

        id='34hpvqh6zz'

        xml:lang='en'>

　　S-C：服务器发送一个流头信息回应客户端,并附上任何可用的特性，注意，多了session

<?xml version='1.0' encoding='UTF-8'?>

<stream:stream xmlns:stream="http://etherx.jabber.org/streams"

        xmlns="jabber:client" from="zy-fordestiny" id="34hpvqh6zz"

        xml:lang="en" version="1.0">

    <stream:features>

    <compression xmlns="http://jabber.org/features/compress">

        <method>zlib</method>

    </compression>

        <bind xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-bind"/>

    <session xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-session">

        <optional/>

    </session>

    <sm xmlns='urn:xmpp:sm:2'/><sm xmlns='urn:xmpp:sm:3'/>

</stream:features>

　　6. 资源绑定，重要！！

　　C-S：

<iq id='h1q24-3' type='set'>

    <bind xmlns='urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-bind'>

        <resource>ZY-fordestiny</resource>

    </bind>

</iq>

　　S-C：

<iq type="result" id="h1q24-3" to="zy-fordestiny/34hpvqh6zz">

    <bind xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:xmpp-bind">

        <jid>10023@zy-fordestiny/ZY-fordestiny</jid>

    </bind>

</iq>　

　　7、获取花名册

　　C-S：

<iq id='h1q24-5' type='get'>

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

</iq>

　　S-C：

<iq type="result" id="h1q24-5" to="10023@zy-fordestiny/ZY-fordestiny">

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

</iq>

　　8、发送disco#items，查询server所支持的components

　　C-S：

<iq to='zy-fordestiny' id='h1q24-6' type='get'>

    <query xmlns='http://jabber.org/protocol/disco#items'></query>

</iq>

　　S-C：

<iq type="result" id="h1q24-6" from="zy-fordestiny" to="10023@zy-fordestiny/ZY-fordestiny">

    <query xmlns="http://jabber.org/protocol/disco#items">

        <item jid="pubsub.zy-fordestiny" name="Publish-Subscribe service"/>

        <item jid="conference.zy-fordestiny" name="公共房间"/>

        <item jid="broadcast.zy-fordestiny" name="Broadcast service"/>

        <item jid="proxy.zy-fordestiny" name="Socks 5 Bytestreams Proxy"/>

    </query>

</iq>　　

　　9、获取名片，群组

　　C-S：

<iq id='h1q24-23' type='get'>

    <vCard xmlns='vcard-temp'/>

</iq>

　　S-C：

<iq type="result" id="h1q24-23" to="10023@zy-fordestiny/ZY-fordestiny">

    <vCard xmlns="vcard-temp"/>

</iq>

　　C-S：

<iq id='h1q24-24' type='get'>

    <sharedgroup xmlns='http://www.jivesoftware.org/protocol/sharedgroup'>

    </sharedgroup>

</iq>

　　S-C：

<iq type="result" id="h1q24-24" to="10023@zy-fordestiny/ZY-fordestiny">

    <sharedgroup xmlns="http://www.jivesoftware.org/protocol/sharedgroup"/>

</iq>

　　10、提交在线状态

　　C-S：

<presence id='h1q24-10'>

    <status>在线</status>

    <priority>1</priority>

    <c xmlns='http://jabber.org/protocol/caps'

        hash='sha-1'

        node='http://www.igniterealtime.org/projects/smack'

        ver='njE08O0d+gOu+3R5iJiJSheFRMw='/>

</presence>

　　

　　可以看到，完整的登录过程，需要经过多次的信息交换。

　　关于XMPP的其他信息，可以网上查阅资源了解，这里不再赘述。

　　

　　后面的章节，将一步步的从Openfire的源代码入手，分析整套系统的运行机制，望对读者有帮助。

　　over！

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