一种Jingle开源库的文件传输原理与实现

随着即时通信（IM）软件已经成为互联网信息平台的重要组成部分[4]。但基于自身利益的考虑，各个IM软件均制定并保守自己支持的通信协议格式和标准，导致了各个通信软件不能互联互通，客观上制约了IM的发展。

XMPP协议标准解决了不同即时通信平台信息互通的难题。基于XMPP扩展P2P协议的应用开源库libjingle库可以开发第三方IM软件，最终实现第三方IM与支持XMPP协议的即时通信软件的文本和语音等的互操作。

本文以libjingle为研究对象，重点讨论libjingle支持的文件传输的实现原理和协议格式，以及介绍以libjingle库开发文本传输的基本实现。

1    libjingle文件传输通信原理

1.1    libjingle介绍

libjingle是Google公司推出的基于语音和P2P通信的C++开源库。利用libjingle开源库能够开发出第三方的Jingle点到点通信应用程序，实现与所有支持XMPP以及Jingle扩展协议的软件实现通信。

1.2    libjingle通信系统构架

libjingle在语音、视频、文件等传输方面具有良好的健壮性，这要得益于libjingle采用信令和数据分信道传输的机制，即libjingle采用了信令在带内信道传输，用户数据在带外信道上传输的机制。

① libjingle通信信道

libjingle的连接包括2种信道（如图1）[1，2]。一是会话协商信道，或者称为XMPP信令信道，此为带内信道。会话协商信道协商信令必须通过中间Jingle Server。二是带外信道也即数据信道。通过数据传输信道实现用户数据的传输，这些数据包括语音、视频、文本等。

② libjingle数据传输路径

对于数据传输通道，在libjingle中，根据有无防火墙或者NAT设备，有3种不同数据传输路径（如图1）[1，2]。在有防火墙或者NAT设备的情况下，包括通信双方的直接连接通信和通过中继服务器转发连接通信。

③ libjingle穿透防火墙或者NAT技术

libjingle一个最重要的能力就是能够穿透防火墙或者NAT设备来协商连接。其使用ICE（Interactive Connectivity Establishment ）技术来实现穿透防火墙。

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 1.3    libjingle文件传输协议格式

   libjingle文件传输协议基于P2P的通信协议。相对于音频视频采用UDP连接通信，文件传输采用一种TCP-Like（PseudoTCP）连接通信的格式[1]。PseudoTCP格式（如图2）是TCP的改进版，如下所示，其中PseudoTCP头共24个字节。

    ① 会话数(Conversation Number)：32位，记录所有的会话数。

 

② 序列码（Sequence Number）：32位，用来表示从发送端到接收端字节流数。

③ 确认码序号（Acknowledgment Number）：32位，如果设置了ACK控制位为1，确认码序号这个值表示一个准备接收的下一个包的序列码。

④ Pseudo控制位（PseudoCTL）：8位，表示PseudoTCP连接过程的状态。

⑤ 控制位（Control）：共6位，依此包括URG位、ACK位、PSH位、 RST位、 SYN位、 FIN位。

⑥ 窗口（Window）：16位；接收端告诉发送端，其要求收到的TCP数据段大小。

⑦ 发送时间戳（Timestamp sending）：32位，表示发送数据报时间。

⑧ 接收时间戳（Timestamp receiving）：32位，表示接收到数据报时间。

相对于TCP连接，UDP连接更加容易通过NAT，libjingle的TCP-Like数据报具有TCP报连接传输的功能，保证了文件传输的可靠性，但不易通过防火墙或者NAT [5]。通过PseudoTCP数据报头加了UDP头，组成了一个具有TCP功能的UDP数据报（如图3）。

2    libjingle文件传输的实现

通过libjingle提供的C++源代码库，能够开发出自己的Jingle Server和Jingle Client。

2.1    libjingle文件传输类

libjingle文件传输客户端分文四个部分 [1]，一是用户应用（Application）接口单元；二是XMPP报文传输单元（XMPP Messaging Component ），此单元是XMPP信令在应用程序和网络之间传输的接口；三是会话逻辑和会话管理单元(Session Logic and Management Component )，控制每一个会话类型具体的逻辑请求；四是点到点传输单元（Peer-to-Peer Component），主要作用是管理本地与远程计算机的连接。

在报文传输单元中，XmppPump是顶层管理类。XmppClient是应用程序与网络传输XMPP信号的出口与入口点。XmppTask以及其派生类作为异步的XMPP任务类，能够扮演xmpp信令的发起者、侦听者或者两者兼有的角色。

会话逻辑和会话管理单元的主要类包括Session、Transpor、PseudoTCPChannel、TransportChannel、SessionManager、HttpPortAllocator等。Session类主要作用包括在XMPP隧道上协商文件数据传输隧道，以及监测、建立、断开数据传输连接。

2.2 libjingle文件传输具体流程

文件的P2P传输首先是登录 XMPP服务器，然后才能在两用户端实现文件的传输。具体实现流程如下。

① 客户端应用程序启动，登录XMPP服务器。首先初始化SSL，保证数据传输安全，然后创建一个信令线程。从用户那里得到用户信息比如登录名、密码等信息初始化XmppClientSettings对象，创建一个XMPP任务管理对象XmppPump，由XmppPump创建XmppClient对象和控制登录服务器。

② 协商建立文件传输会话连接，并在双方传输文件。客户端运行 HttpClient实例对象，HttpClient对象发送一个基本的GET请求通过P2PTransport对象实现连接协商。而在服务器端运行一个HttpServer实例对象，HttpServer实例对象接收连接请求，创建一个PseudoTcpChannel对象控制连接，然后创建和发送一个在本地存取文件的流接口点。使用数据流的形式读文件，文件数据流的发送通过PseudoTcpChannel对象。文件数据流最终通过TransportChannel发送出并通过网络到达接收方。在接收方，TransportChannel对象接收文件数据流信息，并把数据流转换成StreamInterface流，最终通过PseudoTcpChannel把StreamInterface流反馈给HttpClient对象，由HttpClient对象把数据以文件的形式存储在存储器上。

本文分析了libjingle开源库的文件传输原理，并描述了利用libjingle开发文件传输客户端的实现过程。libjingle文件传输采用具有TCP功能的UDP连接，即具有良好的可靠性，又能方便的通过NAT，实现真正的全网无障碍通信。但是，libjingle的文件传输协议并没有成为一个成熟的标准，其通用性还有待改善。
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