即时通信研究综述

ＩＴ论坛　囤圈国圈圊圆圈圈　朱和平　（南京邮电大学计算机学院，南京２１０００３）　摘要：时即时通信系统的网络服务模型、通信方式、防火墙和网络地址转换穿越厘标准协议进行了　深入分析，讨论了即时通信几种主要安全问题，并对即时通信的发展作了展望。　关叠词：即时通信；ＩＭＰＰ；ＳＩＭＰＬＥ；ＸＩＶｌＰＰ；安全　引　言　ｐｒｉｓｅ　ＩＭ）。ＥｌＭ服务器由企业自主控制，与ＣＩＭ相比　较．ＥＩＭ在管理和安全上要求较高。　即时通信是一种基于互联网应用的实时交互方　ＩＭ系统有三项基本功能：　式。网络上的用户可以利用ＩＭ软件实现文字、音频和　①通过ＩＭ软件为用户创建一个虚拟的身份；　视频等信息的即时传送，以及点对点的数据交换。　②为用户建立了一个网络问点对点的连接；　１９９６年ｌ１月。四位以色列籍年轻人开发出世界上第　③建立一个平台，并通过这个平台的多个接口提　一个即时通信软件ＩＣＱ．随后便出现各种各样的ＩＭ　供各种服务。　软件，如雅虎公司（Ｙａｈｏｏ！）与微软公司分别推出Ｙａｈｏｏ！　（２）即时通信网络服务模型和特点　Ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ和ＭＳＮ　Ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ。在我国，众多的中文版　ＩＭ软件一般采用Ｃ／Ｓ（客户端／Ｎ务器）模式，ＩＭ服　ＩＭ软件也被开发出来，其中１９９９年２月腾讯公司推　务器具有中心服务器功能，用来管理网络上客户端、　出的ＯＩＣＱ获得成功（ＯＩＣＱ在２０００年４月正式改为　中转客户端信息及帮助客户端建立直接连接等。ＩＭ　ＱＱ）。２００６年５月。ＱＱ注册用户超过５．３１５亿［】１，是目　客户端一般要先登陆服务器才能接受各种服务。通信　前国内拥有用户最多的ＩＭ软件。较为流行的ＩＭ软　时．由客户端发起连接请求，服务器担任中转者的角　件还有新浪ＵＣ、网易泡泡等。ＩＭ涉及到多种技术　色．将网络包从发送方转交给接收方。由于客户之问　研究领域ｆＣＰ／ＵＤＰ／ＩＰ／Ｓｏｃｋｅｔｓ、Ｐ２Ｐ、Ｃ／Ｓ、Ｗｅｂ、Ｗｅｂ　使用音频、视频及传输文件等服务，通信数据量较大，　Ｓｅｒｖｉｃｅ、多媒体音视频编解码／传送等１，是通信技术与　此时由服务器转发会出现响应不及时、服务器负载过　计算机技术融合的结果。即时通信的出现是基于互联　重等问题，因此，当提供这些服务时，通常由服务器进　网通信方式的一次重大变革。因此对即时通信的研究　行协商，在两个客户端建立Ｐ２Ｐ（点对点）连接，进行　有着重要的应用价值。　直接传送。其通信服务模型如图ｌ所示。这种模型构　架简单，灵活，实际的ＩＭ软件一般都采用这种模型。　ｌ　即时通信机制　现　ｆ１）即时通信的定义和功能　代　一般地，即时通信定义为应用在计算机网络平台　计　上的、能够实现即时的文本、音频和视频等功能的一　算　种通信系统。广义的即时通信包括网络聊天室、网络　机　＾　会议系统等所有联机ＩＭ软件和应用；而狭义的即时　总　通信一般指由一组ＩＭ服务器控制下的若干ＩＭ客户　第　端软件组成的系统［２１。目前。主流ＩＭ一般面向个人用　二　户，可以归类为ＣＩＭ（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ　ＩＭ）；也有一部分ＩＭ　客产端　客户端　四　（比如腾讯ＲＴＸ）面向企业，可以归类为ＥＩＭ（Ｅｎｔｅｒ　图ｌ　ＩＭ软件的服务模型　九　期　ＭＯＤＥＲＮ　ＣＯＭＰＵＴＥＲ　２ｏ０６＿ｌ２　０　维普资讯 http://www.cqvip.com

玎论坛　（３）通信方式和通信传输协议　ＩＭ系统通信主要有两种方式。第一种是客户端　之间通过服务器进行通信．第二种是客户端之间直接　进行通信，即点对点通信。采用第一种方式时，服务器　对网络进行监听，客户端在启动之后，主动去连接服　务器的监听端口。由服务器派生新的工作线程处理和　回应每个客户端的所有网络请求。这样，当两台客户　端需要通信时，由服务器中转，将网络包从发送方转　交给接收方。采用第二种方式时，客户端之间可以通　过服务器协助或客户端直接建立连接进行点对点通　信。ＩＭ通信传输协议有较多选择，目前一般使用ＴＣＰ　或者ＵＤＰ通信协议。国内主流即时通信软件ＱＱ、　ＭＳＮ等ＩＭ软件都是ＴＣＰ和ＵＤＰ的应用。ＴＣＰ是面　向连接的协议．在客户端和服务器进行通信之前，必　须先建立连接，传输比较可靠、准确，但是效率不高，　占用资源较多。ＵＤＰ是无连接方式的协议，通信前无　需建立连接，它的效率高、速度快，而且占用资源少，　但是其传输机制为不可靠传送。必须依靠辅助的算法　来完成传输控制。　（４）防火墙和网络地址转换的穿越　实现即时通信必须对网络上的一些特殊限制采　取一些措施　以突破这些限制，其中最重要的一个方　面就是穿越防火墙和网络地址转换（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ａｄｄｒｅｓｓ　Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ，ＮＡＴ）。互联网为了网络安全，采取了防火　墙等网络安全技术，同时义因为网络地址资源日益紧　张．促使了网络地址（端口）转换（ＮＡＴ／ＮＡＰＴ）设备的　大量使用，形成了许多使用私有地址的局域网段．划　分了内网（防火墙或ＮＡＴ设备保护的网段）和外网，　并限制了网络访问方式，只有合法的网络端口，地址　能够进出防火墙或ＮＡＴ设备，同时也限制了外网段　的节点主动发起的网络连接．使得外网的主动连接通　信被阻挡。ＩＭ客户端要进行通信必须能够穿越防火　墙和ＮＡＴ。ＩＭ服务器一般架设在公网上，拥有固定合　现　法的ＩＰ地址。因此尤论客户端是否在内网中，都是可　代　以与服务器建立连接。不同内网之间的客户端可以通　计　过服务器实现双向通信。　算　机　２　即时通信的标准化工作　＾　总　由于ＩＭ软件公司出于自身利益的考虑，均制定　第　并保守着各自的协议格式和相关通信技术，所以目前　二　的即时通信系统大多数是非标准系统，其通信协议与　四　接口均由厂商定义。协议的不统一性和不公开性束缚　九　着ＩＭ的快速发展，并造成各类ＩＭ软件不能互联互通　期　ｏ　ＭＯＤＥＲＮ　ＣＯＭ　ＰＵＴＥＲ　２　１２　及客户通信存在安全等问题。因此ＩＭ的标准和协议　的统一是未来ＩＭ发展的必然趋势。ＩＥＴＦ（Ｉｎｔｅｍｅｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔａｓｋ　Ｆｏｒｃｅ，互联网工程任务组）把ＩＭ划　分为四种协议，即ＩＭＰＰ（即时信息和出席协议）、　ＰＲＩＭ（出席和即时信息协议）、ＳＩＭＰＬＥ（针对即时信息　和出席扩展的会话发起协议）及ｘＭＰＰ（可扩展的消　息出席协议）。ＰＲＩＭ与ＸＭＰＰ、ＳＩＭＰＬＥ类似，已经不　再使用。比较有影响的是ＳＩＭＰＬＥ和ＸＭＰＰ，二者都符　合ＲＦＣ２７７８ｆ３］和ＲＦＣ２７７９ｔ４Ｊ　（１）ＩＭＰＰ　为推动即时通信协议的标准化进程，ＩＥＴＦ成立　了ＩＭＰＰ工作组，并于２０００年２月发布了描述ＩＭＰＰ　基本框架与需求的ＲＦＣ２７７８和ＲＦＣ２７７９。ＲＦＣ２７７８　定义了所有…席信息和即时消息服务的原理．描述了　ＩＭ的功能，正式为ＩＭ系统勾勒　了模型框架。　ＲＦＣ２７７９定义了ＩＭＰＰ的最小需求条件，并就出席信　息服务（Ｐｒｅｓｅｎｃｅ　Ｓｅｒｖｉｃｅ）定义了一些条款，如运行的　命令、信息的格式等。在ＲＦＣ２７７８中，出席信息和即　时消息系统被定义为允许用户相互订阅并通知状态　改变，且用于用户间传送即时短消息。ＦＣ２７７８描述的　出席信息和即时消息系统的抽象模型（Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｍｏｄｅ１）　定义了两种独立的服务。即出席信息服务和即时消息　服务（ｉｎｓｔａｎｔ　Ｍｅｓｓａｇｅ　Ｓｅｒｖｉｃｅ）。出席信息服务负责出　席信息的收集和分发，其服务模型中有两类客户：一　类提供　席信息，称为…席者（Ｐｒｅｓｅｎｔｉｔｙ）；另一类使　用出席信息，称为观察者（Ｗａｔｃｈｅｒ）。其模型如图２所　示。ＲＦＣ２７７８没有要求专用的出席信息服务器，　席　者和观察者之间可以直接通信．也可以采用代理转　发。即时消息服务则负责接收和投递即时消息，其服　务模型中也有两类客户：一类是寄送即时消息（Ｉｎｓｔａｎｔ　Ｍｅｓｓａｇｅ），称为发送者（Ｓｅｎｄｅｒ）；另一类是接受即时消　息。称为消息箱（Ｉｎｓｔａｎｔ　Ｉｎｂｏｘ）。其模型如图３所示。　ＲＦＣ２７７８也没有要求专用的即时消息服务服务器。实　际的即时通信系统中投递方式有较多种，可直接投　递．也可经服务器中转投递。　图４出席信息服务模型　图５即时消息服务模型　（２）ＳＩＭＰＬＥ　ＳＩＭＰＬＥ旨在将ＳＩＰ协议应用于ＩＭ和出席检测　维普资讯 http://www.cqvip.com

业务。ＳＩＰ最初是一种视频会议的标准。ＳＩＰ协议是由　ＩＥＴＦ提ｍ的一种用于ＩＰ网络多媒体通信的应用层　控制协议，其主要功能是创建、修改、终结和管理多媒　体会话或呼叫。ＳＩＰ协议的语法和语义在很大程度上　借鉴了ｓＭＴＰ和ＨＴＴＰ的机制，使用Ｃ／ｓ通信模式以　及文本形式的消息编码。其优势在于编码效率高，特　别方便音频、视频等多媒体应用，但在应用于ＩＭ时，　ＳＩＰ存在很多ＩＭ中并不需要的冗余功能及差错重传　功能较弱等问题。ＳＩＰ能够传送多种方式的信号，如　ＩＮＶＩＴＥ信号和ＢＹＥ信号分别用于肩动和结束会话。　ＳＩＭＰＬＥ是ＳＩＰ即时消息和出席的扩展，其增加了　ＮＯＴＩＦＹ、ＳＵＢＳＣＲＩＢＥ和ＭＥＳＳＡＧＥ方法支持ＩＭ和　出席业务。ＭＥＳＳＡＧＥ（消息）用来发送一次性的短消　息，即寻呼机模式的ＩＭ。ＳＵＢＳＣＲＩＢＥ（提交）用于申请　者向服务器申请获得用户的出席信息，而ＮＯＴＩＦＹ（通　告１用于向申请者描述该用户的出席信息ｉ　。较长ＩＭ　对话的参与者需要传输多种延时信息，它们使用　ＩＮＶＩＴＥ和消息会活中继协议（Ｍｅｓｓａｇｅ　Ｓｅｓｓｉｏｎ　Ｒｅｌａｙ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＭＳＲＰ）。ＭＳＲＰ协议与ｓＩＭＰＬＥ协议结合，可　用于ＩＭ的文本传输，正如ＲＴＰ协议与ＳＩＰ协议相结　合，可以用于传输ＩＰ电话中的语音数据包一样。　（３）ＸＭＰＰ　ＸＭＰＰ足一种基于ＸＭＬ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ　Ｍａｒｋｕｐ　Ｌａｎ—　ｇｕａｇｅ，可扩展标记语言）的传递出席信息和消息路由　协议，它为不同网络之间互联提供了一种安全而简单　的编程语言，是Ｊａｂｂｅｒ系统（一种开放源代码的ＩＭ系　统）的基础【６】。一个ＸＭＰＰ实体可以是任何网络端点（如　网络中的一个ＩＤ）、并能够用ＸＭＰＰ通信的事物，这一　类的实体可以唯一编址。ＸＭＰＰ实体的地址被叫做　Ｊａｂｂｅｒ标识符或ＪＩＤ。ＪＩＤ唯一确定进行即时消息和　在线状态信息通信的独立对象或实体。并可兼容其他　即时　通信系统（如ＭＳＮ等）相应的实体标识及其在　线状态信息。一个有效的ＪＩＤ包括三个部分：域标识　符，　点标识符和资源标识符　。域名指定了实体连接　的ＸＭＰＰ服务器，每个可用的ＸＭＰＰ服务器都拥有　一个完整域名，域名可在域名系统（ＤＮＳ１中查找。节　点可表示某用户、一类应用或某项服务，所有节点都　对应一个精确的域名。资源用于识别属于用户的特殊　对象ｆ如设备），允许一个用户同时以多个资源与同一　ＸＭＰＰ服务器连接。ＸＭＰＰ具有语法清晰、易于实现　等特点，因其专门面向即时通信，具有即时通信特需　的一些功能特性，如好友列表、群组功能等。ＸＭＰＰ协　议已被批准为互联网即时通信协议标准。　ＩＴ论坛　３　即时通信的安全　ＩＭ同其他网络软件一样，也存在很多安全缺陷，　如信息泄露、易受垃圾信息攻击等。目前，对ＩＭ信息　安全研究已经取得一定的成绩，但很多方面还需要进　一步深入研究。ＩＭ主要安全问题涉及以下几方面：　（１）穿透安全防御　大多数ＩＭ软件都可以突破类似防火墙这样常见　的安全防御构件，允许用户选择使用的端口，甚至会　自动尝试连接未被封住的端口，因此任何局域网内具　有Ｗｅｂ浏览权限的用户，都可以通过一个外部的代　理服务器和特定的未被防火墙禁止的端口（如８Ｏ，２３）　等等，将信息发送到外部网络。在这种情况下，通过端　口号限制非授权访问是不可能的，从而使得黑客可以　利用即时通信＿Ｔ具绕过防火墙机制的保护，对防火墙　所保护的网络和计算机造成破坏。　（２）病毒、木马等恶意软件　ＩＭ软件一般都提供文件传输的功能，通过点对　点方式传送文件。因此受感染的文件就可以借此绕过　防病毒网关的扫描，致使病毒、蠕虫和木马等恶意软　件进入网络中的计算机。　目前通过感染ＩＭ系统实现传播的病毒主要呈现　出以下几类形态：　①以占用系统资源、破坏目标系统及种植木马为　目的（比如ＭＳＮ“性感鸡”病毒）；　②窃取ＩＭ系统账号密码及相关信息（比如ＱＱ　密码结巴）；　③利用感染的ＩＭ系统发送各种消息的病毒（比　如ＱＱ尾巴）　针对即时通信的恶意软件正在超越电子邮件病　毒．成为应用系统的新的主要安全威胁。　（３）系统自身安全缺陷　Ⅲ基本上属于Ｃ／Ｓ或者Ｐ２Ｐ的应用。在Ｐ２Ｐ　方式下，ＩＭ之问直接通信时．其ＩＰ地址很容易直接　泄露给中问人和通信对方，成为遭受扫描和攻击的第　一道缺口。Ｐ２Ｐ方式不经由ＩＭ服务器，易受到信息拦　现　截攻击，使其不能进行正常通信。在ｃ／Ｓ方式下。主要　代　计　问题是服务器及其管理者不一定可信，可能成为中间　算　人攻击的发起点。ＩＭ服务器中存储了大量的个人信息　机　以及用户之间关系的信息，这些都属于个人隐私，如果　＾　ＩＭ服务器发生信息泄露就会造成大范围的伤害。　总　第　（４）帐号欺诈　二　ＩＭ软件一般需要用户输入帐号和密码，验证成　四　功后方可使用服务。但几乎所有ＩＭ服务都采用了匿　九　期　ＭＯＤ　ＥＲＮ　ＣＯＭＰＵ　ＴＥ　Ｒ　２　ｌ２回　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＩＴ论坛　名注册方式，这使得ＩＭ系统中的用户标识与真实的　操作者无法对应，所以利用即时通信平台开展的非法　入侵难于追查。一些不法者便利用这种机会实施网络　诈骗。　安全的完善和发展，即时通信有可能实现各个通信系　统之间的统一接入。目前，雅虎通（Ｙａｈｏｏ］Ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ）　８．０版本已经实现了与Ｗｉｎｄｏｗｓ　Ｌｉｖｅ（ＭＳＮ）￣连互通。　另外，即时通信将会进一步整合有线和无线业务，继　其常见的诈骗行为主要有以下几种方式：　续扩大增值服务功能的范围。如果政策允许。即时通　①实施攻击行为或恶意软件传播；　信软件甚至有可能与固话互通。在安全方面．随着技　②利用窃取的账户信息向用户发送广告等不良　术手段的不断突破．即时通信产品的安全性会进一步　信息；　提高，稳定性日趋成熟。　③通过注册名字或含义令人误导的ＩＭ账号来冒　充别人，骗取通信对方的信任，套取有价值的信息；　参考文献　④通过各种手段窃取合法用户的账号等。　【１］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｎｃｅｎｔ．ｃｏｒｎ／ａｂｏｕｔ／ａｂｏｕｔ．ｓｈｔｍｌ　４　即时通信发展展望　【２１代印唐，张世永．即时通信安全研究．电信科学，２００６，４　【３ＩＭ　Ｄａｙ，Ｊ　Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ，Ｈ　Ｓｕｇａｎｏ．ＲＦＣ２７７８．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆａｑｓ．　ＩＭ最初只有发送即时文本信息等简单功能．此　ｏｒｇ／ｆｃｓ／ｆｃ２７７８　ｈｔｍｌ　后陆续又具有文件传输、音视频聊天及网络游戏等更　【４】Ｍ　Ｄａｙ，Ｓ　Ａｇｇａｒｗａｌ，Ｇｍｏｈｒ，Ｊ．Ｖｉｎｃｅｎｔ．ＲＦＣ２７７９．ｈｔｔｐ：Ｈ　高级的功能。历经十多年，ＩＭ正在向新一代的综合即　ｗｗｗ．ｆａｑｓ．ｏ　ｆｆｃｓ／ｆｆｃ２７７９．ｈｔｍｌ　时通信演进，即从文本向语音、视频和多媒体，从固定　【５］Ｊｏｎｇｂｏｋ　Ｂｙｕｎ．Ｉｎｓｔａｎｔ　Ｍｅｓｓａｇｉｎｇ　ａｎｄ　Ｐｒｅｓｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　网络向无线移动，从个人通信向企业即时通信和协作　ｆｏｒ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｃａｍｐｕｓｅｓ．ＩＥＥＥ　Ｎｅｔｗｏｒｋ，Ｍａｙ／Ｊｕｎｅ　２００５　演进。随着计算机和通信技术快速发展，ＩＭ将提供的　【６】张云川．标准化的即时通信协议．武汉科技大学学报（自　服务会更加丰富．网络虚拟社区将会普及．即时通信　然科学版），第２８卷，第４期　将更加凸显个人信息处理的能力。同时与社会文化和　【７］ＲＦＣ３９２０．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆａｑｓ．ｏｒｇ／ｆｃｄｒｆｃ３９２０．ｈｔｍｌ　（收稿日期：２００６－０９－１１）　本地化应用将进一步深入融合。随着即时通信标准及　Ａ　Ｓｕｒｖｅｙ　ｏｆ　Ｉ　ｎｓｔａｎｔ　Ｍｅｓｓａｇｉｎｇ　ＺＨＵ　Ｈｅ－ｐｉｎｇ　现　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｏｓｔｓ　ａｎｄ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２　１０００３　Ｃｈｉｎａ）　代　计　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅ￣ｆｉｓｒｄｙ，ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ＩＭ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，　算　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｒａｖｅｒｓａｌ　ｏｆ　ｉｆｒｅｗａｌｌ　ａｎｄ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｄｄｒｅｓｓ　ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ（ＮＡＴ）ｗｉｔｈｉｎ　ＩＭ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ　机　ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ　ｆｏｒ　ＩＭ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ＳＯｍｅ；ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ＩＭ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，　＾　总　ｓｅｖｅｒａｌ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｈｔｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＩＭ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ．　第　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｓｔａｎｔ　Ｍｅｓｓａｇｉｎｇ；ＩＭＰＰ；ＳＩＭＰＬＥ；ＸＭＰＰ；Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　二　四　九　期　ｏ　ＭＯＤＥＲＮ　ＣＯＭＰＵＴＥＲ　－ｌ２