一、im协议的分层设计
所谓“协议”是双方共同遵守的规则，例如：离婚协议，停战协议。协议有语法、语义、时序三要素。
（1）语法：即数据与控制信息的结构或格式
（2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
（3）时序：即事件实现顺序的详细说明
今天的重点是在“协议选型”上，重点讲选哪种协议。

im协议设计主要分为三层：应用层、安全层、传输层。

后文将详细介绍这三层的协议应该如何选型与设计。

二、im应用层协议设计
应用层协议选型，常见的有三种：文本协议、二进制协议、流式XML协议。
（1）文本协议
文本协议是指 “贴近人类书面语言表达”的通讯传输协议，典型的协议是http协议，一个http协议大致长成这样：
GET / HTTP/1.1
User-Agent: curl
Host: musicml.net
Accept: */*
文本协议的特点是：
a.可读性好，便于调试
b.扩展性也好（通过key:value扩展）
c.解析效率一般（一行一行读入，按照冒号分割，解析key和value）
d.对二进制的支持不好 ，比如语音／视频
im中，msn使用的是文本协议

（2）二进制协议
二进制协议是指binary协议，典型是ip协议，以下是ip协议的一个图示：

二进制协议一般定长包头和可扩展变长包体 ，每个字段固定了含义 ，例如IP协议的前4个bit表示协议版本号 （Version）。
二进制协议有这样一些特点：
a.可读性差，难于调试
b.扩展性不好 ，如果要扩展字段，旧版协议就不兼容了，所以一般设计时会有一个Version字段
c.解析效率超高（几乎没有解析代价）
对二进制的支持不好 ，比如语音／视频
im中，QQ使用的时二进制协议。

（3）流式XML协议
im的准标准协议xmpp就是使用流式XML，像gtalk，校内通这些im都是基于xmpp的，让我们来看一个xmpp协议的例子：

<message
to=’romeo@example.net’
from=’juliet@example.com’
type=’chat’
xml : lang=’en’>
<body>Wherefore art thou, Romeo?</body>
</message>

从xml标签中大致可以判断这是一个romeo发给juliet的聊天消息。
xmpp协议可以实现跨域的互通。例如gtalk和校内通用户聊天。只要服务端实现了s2s服务（server to server） ，不过现在的im基本没有互通需求 ，所以这个服务基本没有人实现。
Xmpp协议有几个特点：
a.它是准标准协议，可以跨域互通
b.XML的优点，可读性好，扩展性好
c.解析代价超高（dom解析）
d.有效数据传输率超低（大量的标签）
个人旗帜鲜明的强烈不建议使用xmpp，特别是无线端im，如果要用，一定要自己做压缩 ，减少网络流量（用过xmpp的同学都清楚，发一个登录包需要多少交互，要浪费多少流量）。

实际的栗子
下面来看一个im协议的实际例子 ，一般常见的做法是：定长二进制包头，可扩展变长包体。
包体可以使用用文本、XML等扩展性好的协议。
包头负责传输和解析效率，与业务无关。包体保证扩展性，与业务相关。

这是一个实际的16字节im二进制定长包头：
//sizeof(cs_header)=16
struct cs_header
{
uint32_t version;
uint32_t magic_num;
uint32_t cmd;
uint32_t len;
uint8_t data[];
}__attribute__((packed));
前4个字节是version；
接下来的4个字节是个“魔法数字（magic_num）“，用来保证数据错位或丢包问题，常见的做法是，包头放几个约定好的特殊字符，包尾放几个约定好的特殊字符 约定好，发给你的协议，某几个字节位置，是0x 01020304 ，才是正常报文；
接下来是command（命令号），用来区分是keepalive报文、业务报文、密钥交换报文等；
len（包体长度），告知服务端要接收多长的包体。

这是一个实际的可扩展im变长包体：
message CUserLoginReq
{
optional string username = 1;
optional string passwd = 2;
}

message CUserLoginResp
{
optional uint64 uid =1;
}
使用的是google的Protobuf协议（玩过的人都懂），可以看到，登录请求包传入的是用户名与密码，登录响应包返回的是用户的uid。
当然，除了Protobuf，可选择的可扩展包体协议还有xml、json、mcpack（大家懂？）等。
个人旗帜鲜明的推荐Protobuf，主要有几个原因：
a.现成的解析库种类多，可以生成C++、Java、php等代码
b.自带压缩功能
c.在工业界已广泛应用
d.google制造

三、im安全层协议设计
im协议，消息的保密性非常重要 ，谁都不希望自己聊天内容被看到，所以安全层是必不可少的。
1、SSL
证书管理微微复杂，代价有点高。

2、自行加解密
自己来搞加解密，核心在于密钥的生成与管理，密钥管理方式有多种，主要有这么三种：
（1）固定密钥
服务端和客户端约定好一个密钥，同时约定好一个加密算法（eg：AES ），每次客户端im在发送前，就用约定好的算法，以及约定好的密钥加密再传输，服务端收到报文后，用约定好的算法，约定好的密钥再解密。这种方式，密钥和算法对程序员都是透明的。

（2）一人一密钥
简单说来就是每个人的密钥是固定的，但是每个人之间又不同，其实就是在固定密钥的算法中包含用户的某一特殊属性，比如用户uid、手机号、qq号等。

（3）动态密钥（一session一密钥）
动态密钥，一Session一密钥的安全性更高，每次会话前协商密钥。
密钥协商的过程要经过2次非对称密钥的随机生成，1次对称加密密钥的随机生成，具体详情这里不展开，有兴趣的同学可以看下SSL密钥协商额过程。

四、im传输层协议设计
可选的协议有TCP和UDP
现在的im传输层基本都是使用TCP，有了epoll等技术后，多连接就不是瓶颈了，单机几十万链接没什么问题。58同城现在线上单机连接好像是10w？（可能单机性能测试可以到百万，线上一般跑到几十万）

关于QQ使用UDP的问题
个人不清楚QQ使用UPD的初衷，但猜测是因为10多年前C10K问题没有得到很好解决，一台服务器支撑不了1W个TCP连接 ，腾讯的同时在线量高，没办法，只有用UDP了 ，但UDP又不可靠，故只能在UDP上实现TCP的超时／重传／确认等机制

五、收尾
关于QQ使用UDP协议，在讨论的过程中，有同学提出了一个非常好的问题“无线环境下，UDP更好，可以做到状态无关，而TCP不稳定，进出电梯就要断线，用户体验不好”。
其实吧，“用户状态可以设计的与连接状态无关”，如果大家感兴趣，后续我可以撰文和大家聊一聊，传输层使用TCP，怎么做到在线状态与底层连接无关。

原文：http://www.habadog.com/2015/05/20/im-protocol-choose/

im协议设计选型【转】的更多相关文章

  1. TCP协议设计原理

    TCP协议设计原理 最近去了解TCP协议,发现这是一个特别值得深思的协议.在本篇博客中,不会长篇大论的给大家介绍TCP协议特点.包头格式以及TCP的连接和断开等基本原理,而是会带大家深入理解为什么要这 ...

  2. 2018-2019-1-20165221&20165225 《信息安全系统设计》实验五：通讯协议设计

    2018-2019-1-20165221&20165225 <信息安全系统设计>-实验五:通讯协议设计 OpenSSL学习: 简介: OpenSSL是为网络通信提供安全及数据完整性 ...

  3. TCP、消息分包和协议设计

    TCP是一种流式协议 TCP是一种面向连接的.可靠的.基于字节流的传输层通信协议. 流式协议的特点是什么?就像流水连续不断那样,消息之间没有边界.例如send了3条消息(这里的“消息”是指应用层的一个 ...

  4. 基于RocketIO的高速串行协议设计与实现

    随着对信息流量需求的不断增长, 传统并行接口技术成为进一步提高数据传输速率的瓶颈.过去主要用于光纤通信的串行通信技术—SERDES正在取代传统并行总线而成为高速接口技术的主流.SERDES 是串行器) ...

  5. 主程的晋升攻略(4)：TCP、消息分包和协议设计

    在<主程的晋升攻略(3):IP.DNS和CDN>中,一次网络请求经过DNS解析知道了目的IP,如今就要发出网络包,这里我们说一说TCP的相关话题. TCP是一种流式协议 讲网络编程的教科书 ...

  6. Fixed-Length Frames 谈谈网络编程中应用层(基于TCP/UDP)的协议设计

    http://blog.sina.com.cn/s/blog_48d4cf2d0101859x.html 谈谈网络编程中应用层(基于TCP/UDP)的协议设计 (2013-04-27 19:11:00 ...

  7. 《基于Scyther的秘钥建立协议设计》-------摘抄整理

    本篇论文额主要创新点:   利用Scyther软件,通过对一个不安全的秘钥建立协议逐步添加并验证安全属性,最终建立一个安全的秘钥建立协议. 通过形式化分析软件设计秘钥建立协议课可以提高协议设计效率,减 ...

  8. 基于Netty实现自定义消息通信协议（协议设计及解析应用实战）

    所谓的协议,是由语法.语义.时序这三个要素组成的一种规范,通信双方按照该协议规范来实现网络数据传输,这样通信双方才能实现数据正常通信和解析. 由于不同的中间件在功能方面有一定差异,所以其实应该是没有一 ...

  9. TJ/T808 终端通讯协议设计与实现(码农本色）

    由于公司项目涉及到相关技术,对于平常写WEB的技术人员来说对这人来说比较默生:为了让下面的技术人员更好地对这个协议的实施,所以单独针对这个协议进行了分析和设计,以更于后期更好指导相关开发工作.由于自己 ...

随机推荐

  1. （一）Thymeleaf用法——Thymeleaf简介

    1. thymeleaf认识 参考官方文档(Project version: 3.0.5.RELEASE)   1.1 介绍 Thymeleaf是面向Web和独立环境的现代服务器端Java模板引擎,能 ...

  2. Android 完整开源应用大全，完整开源项目

    (Antox)聊天的  (new) (OpenKeychain)OpenPGP在android上的实现  (new) (Flock)提供同步服务 (OpenFlappyBird)以前火爆的坑爹鸟 (F ...

  3. file_put_contents执行返回false，file_put_contents false（linux服务器httpd）

    file_put_contents执行返回false,file_put_contents false(linux服务器httpd) 默认下selinux是开启的查看SELinux状态:1./usr/s ...

  4. Maven的pom文件内容详细理解

    <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/20 ...

  5. 非常easy学习的JQuery库 : (二) 选择器

    作用 选择器同意您对元素组或单个元素进行操作. 在前面的章节中,我们介绍了一些有关怎样选取 HTML 元素的实例. 关键点是学习 jQuery 选择器是怎样准确地选取您希望应用效果的元素. jQuer ...

  6. 浅谈C/C++堆栈指引——C/C++堆栈

    C/C++堆栈指引 Binhua Liu 前言 我们经常会讨论这种问题:什么时候数据存储在飞鸽传书堆栈(Stack)中.什么时候数据存储在堆(Heap)中.我们知道.局部变量是存储在堆栈中的.debu ...

  7. [Hibernate开发之路]（4）ID生成策略

    一 对象关系数据库映射之Id 被映射的类必须定义相应数据库表主键字段.大多数类有一个JavaBeans风格的属性, 为每个实例包括唯一的标识. <id> 元素定义了该属性到数据库表主键字段 ...

  8. centos关机与重启命令详解

    Linux centos关机与重启命令详解与实战 Linux centos重启命令: 1.reboot   普通重启 2.shutdown -r now 立刻重启(root用户使用) 3.shutdo ...

  9. java代码实现目录结构

    今天用java代码来实现.像我们电脑盘符那样的目录结构.在代码开始之前首先.介绍一下.用.java代码实现目录的思想. 第一步:完成基础的.大家想.我们是如何获取文件的.是不是用File类,直接就获取 ...

  10. NSIS 变量

    $PROGRAMFILES 程序文件目录(通常为 C:\Program Files 但是运行时会检测). $COMMONFILES 公用文件目录.这是应用程序共享组件的目录(通常为 C:\Progra ...