基于XMPP協議的即時通信系統設計和實現

王延軍，孫欣欣

（中國電子科技集團公司第五十四研究所 河北 石家莊 050000）

0 引言

隨著智能設備的持續發展，移動終端被廣泛應用到人們生活中。即時通信是指能夠對互聯網消息即時接收和發送的業務，其功能使人們的通信方式有所改變。國內外各平臺也有所研究，但不同平臺即時通信系統無法解決互聯互通問題。所以，對即時通信系統的設計研究尤為重要[1]。

1 系統的體系結構設計

系統體系結構的構成為：其一是服務器。對發送連接和其他實體會話進行管理，轉發或者接收XML 流元素到授權服務器和客戶端中；其二是協議網關。實現XMPP 協議傳輸信息和外部消息系統對信息翻譯的識別；其三是客戶終端。連接服務器，利用XMPP 得到服務器或者任何服務的全部功能。XMPP 網絡能夠連接各個客戶端、服務器，圖1為客戶端連接架構。

圖1 客戶端連接架構

通過Android 設計客戶端，對通信過程進行初始化，在實現即時通信的過程中，通過客戶端對服務器發送創建連接請求。系統利用GPRS 無線網絡創建連接，利用服務器和Android 客戶端實現即時通信。

服務器端使用Openfire 作為服務器，能夠使多個客戶端同時登錄并且發送到連接服務器中。服務器能夠實現客戶端連接認證，如果客戶端認證通過，就會創建會話，通過此會話上下文實現客戶端和服務器端的通信[2]。

1.1 服務器端

使用Java 語言實現Openfire 的開發，基于XMPP 協議實現實時協作服務器的設計，主要特點為跨平臺，服務器能夠在多種操作系統平臺中假設。Openfire 使用XMPP協議，利用各種支持XMPP 協議的IM 客戶端軟件登錄服務。Openfire 服務器的主要特點是通過連接管理組件、會話、管理更新組件等構成，能夠實現插件機制，使擴展更加的方便，利用安裝插件和其他通信軟件進行通訊。在連接網絡的過程中，使用Apache 中的MINA 框架進行連接，MINA框架使用高性能、非阻塞性的I/O 底層，使用異步I/O 事件與事件驅動機制，提高服務器的性能和效率，對大量客戶端進行處理[3]。

1.2 客戶端結構

將Android 平臺作為基礎設計系統客戶端，將XMPP作為即時通信協議，XMPP 是將XML 為基礎，對兩個任意網絡終端進行信息通信。使用Android 平臺中的XML 解析包解析XML，因為應用活動在主線程中運行，所以使用多線程技術使系統通信問題得到解決。對于通信安全網問題，系統聊天信息和用戶信息通過客戶端在Android中存儲，圖片文件和多媒體文件在Android 虛擬文件存儲設備中存儲[4]。

1.3 XMPP 協議

XMPP 屬于基于標準通用標記語言的子集XML 協議，具有較強的可擴展性。此協議主要包括客戶端和服務器，利用計算機網絡應用層協議進行工作。XMPP 服務器與客戶端利用socket 方式進行通信，實現穩定TCP 連接的創建。通過JID 地址標識符實現不同節點通信的網絡尋址，滿足設定標準需求，主要包括節點名、域名、資源名。另外，不同客戶端和服務器能夠通過XML 流實現消息的傳遞。

2 系統的設計

2.1 客戶端設計

通過XMPP 協議實現可靠通信的連接，利用服務器端實現數據組織的管理和消息路由的轉發。在此方式使用過程中，能夠在添加功能時對服務器修改實現。客戶端在設計過程中的原則為實現人機交互，向下封裝能夠通信接口進行處理，客戶端功能模塊包括：

2.1.1 注冊模塊

注冊模塊能夠驗證用戶登錄信息，針對客戶端，登錄功能能夠將創建連接請求發送到服務器端，將用戶名與密碼作為驗證信息。通過服務器查詢數據庫中用戶列表，對用戶名與密碼進行驗證。假如匹配失敗，說明驗證沒有通過。注冊功能為新用戶提供通信服務入口，根據用戶密碼和ID 登錄，注冊模塊結構詳見圖2。

圖2 注冊模塊結構

2.1.2 好友管理模塊

通過好友管理模塊得出聯系人名冊并且刪除、添加和創建群組，得到聯系人名冊和用戶在線狀態與好友列表。通過用戶添加好友或者刪除，基于對方用戶名提出請求，等待應答。通過客戶端實現群組聊天，根據用戶的不同需求實現不同群組的創建，還能夠實現群組的信息交互。

2.1.3 消息處理模塊

消息處理模塊針對客戶端能夠接收文本信息、發送。在不同用戶之間，文本信息能夠利用XML 流傳遞，消息處理模塊能夠轉變XML 消息和文本消息。用戶對好友列表的聯系人發送消息，如果對方在線發送成功；如果不在線，利用服務器對信息存儲。一個用戶能夠對多個聯系人通信，通過客戶端對多線程技術提供支持[5]。

2.1.4 文件傳輸模塊

在已經注冊的用戶成功登錄之后，能夠對聯系人發送文件傳輸請求，此請求通過服務器在客戶端中轉發，客戶端接收請求之后回應。假如對方同意，就能夠傳輸文件；要不然就終止文件傳輸。如果一種方法失敗了，就會自動選擇另外一個方法：

第一，點對點方法。客戶端在對文件進行傳輸的過程中，要創建P2P 連接。兩個用戶在同個網絡中P2P 連接比較快。但是，在一個用戶通過防火墻后，利用P2P 方式傳輸文件的時候就會失敗。

第二，代理服務器方式。假如P2P 連接失敗，客戶端就會尋找一個代理服務器傳輸文件。雖然代理服務器方式在文件傳輸的過程中傳輸速度比較慢，但是有效。代理服務器方式有效，除非某用戶在嚴格防火墻后，代理服務能夠作為服務器外部組件進行使用。

第三，帶內文件傳輸。假如上述傳輸方法失敗，客戶端就使文件分割成為數據塊，作為編碼信息利用IM 服務器實現帶內傳輸。不管網絡配置怎樣，此方法能夠傳輸文件，但是傳輸速度比較慢。

2.2 TCPClient 的創建

系統中的服務器端利用ServerSocket 類監聽客戶端發送Socket 連接請求，要不然就處于等待的狀態；如果有，進行后續操作。通過Socket accept（）函數全面監聽網絡中客戶端的連接請求。

在結束Socket 通信后，通過close（）函數關閉終端Socket 通信。服務器能夠監聽客戶端的連接請求，如果存在多客戶端連接請求時，要全部處理，通過PC 實現服務器端的實驗程序運行[6]。

2.3 安全加密

因為大部分即時通信系統是公開的，所以要求重視即時通信市場的安全性。大部分IM 系統在設計過程中都會對可擴展性進行考慮，但并沒有考慮安全問題。主要是大部分免費在線即時信息系統都缺乏加密功能，具備傳統企業防火墻功能，提高網絡管理難度。

另外，系統中密碼管理并不安全，導致賬戶受到攻擊，還能夠受到拒絕服務攻擊。以此要求假如知道一個用戶即時通訊地址，就能夠直接將信息發送給對方，導致企業員工、政府工作人員可能對外界泄露數據。其實IM 自身特點會導致IM 系統迅速傳輸混合病毒和計算機蠕蟲。例如，IM 應用比較廣泛，為病毒傳播提供了環境。IM 集成能夠對新目標目錄進行查找，滿足病毒集群傳播需求。IM 能夠被簡單易變腳本進行控制，大部分IM 系統能夠編寫腳本，使用戶編寫VB 系統，對不同方式信息代理進行控制。在為用戶提供方便時，還為混合病毒與蠕蟲傳播提供途徑。

企業內部即時通信是高質量統一通信綜合戰略中重要的一部分。在系統設計過程中要充分考慮交流、傳輸的安全加密方法。目前簡單可行的方法就是實現傳輸信息的加密傳輸，使信息流通控制和管理得到加強，本文系統使用BlowFish 算法實現加密。BlowFish 算法能夠對64 Bit 長度字符串進行加密。BlowFish 算法包絡BF_En 核心算法，此算法輸入64 位信息。在預算之后，根據64 位密文方式進行輸出。算法加密過程為：

第一，密鑰預處理；

第二，信息加密：

使用sbox 對key_sbox 進行填充；

用自己所選擇的key8 亦或pbpx，key 能夠循環使用；

使用BF_En 加密全0 的64 位信息；

替換key_sbox。

信息加密就是使用函數將待加密信息x 分為32 位的兩部分，密鑰預處理過程和加密相同，信息解密過程就是使信息加密過程中的key_sbox 進行使用。

3 系統的測試和評價

系統平臺創建Openfire 服務器端，客戶端APP 創建Android 操作系統收集，測試異構軟件為Spark 軟件。

3.1 即時聊天功能

即時聊天功能的測試指的是用戶在手機客戶端的即時聊天功能，客戶端用戶聊天發送請求得到服務器端正確響應，并且能夠在對方手機中即時發送，此系統功能根據需求準確實現，圖3為聊天功能界面，功能實現代碼為：

圖3 聊天功能界面

3.2 好友通訊錄功能

通過此模塊能夠調用好友數據，展示用戶好友列表，管理用戶好友。比如，對好友進行查詢和添加，系統利用服務器精準調用數據，展示在好友界面中[7]，實現代碼詳見：

3.3 地圖定位功能

通過此模塊對用戶定位進行發送，利用百度地圖實現免費地圖的發送，在請求發送后自動生成地圖定位界面，得出精度和維度。根據測試結果表示，系統將用戶坐標定位精準地展現出來。

4 結語

綜上所述，在本文設計過程中，將XMPP 協議作為基礎實現通信系統客戶端的設計。XMPP 能夠基于開源網絡實時通信協議具有較高的靈活性。和XMPP 技術結合將其作為消息傳輸的載體，使客戶端功能得到實現。另外，還能夠和其他即時通信軟件連接。根據XMPP 網關轉變協議，實現跨應用、跨平臺的信息傳輸。