弱网络下通讯研究
2015-06-08 15:03
253 查看
导读：本文介绍了常见的移动网络以及弱网络出现的场景，然后针对即时通讯APP的网络通讯方案进行了解，在此基础上，对互联网APP网络通讯的优化方案给出一定的建议。
弱网络通讯的困难点：
1、文字、图片、音频和视频传输过程中，终端设备网络会切换，数据传输需要根据网络协议进行适应性转变。
2、移动网络存在线和离线频繁转换，连接不稳定，网络高延迟，资费敏感
微信、陌陌等软件的通讯协议均在XMPP协议的基础上进行改进而来。
XMPP：Extensible Messaging and PresenceProtocol
可扩展：XML；
即时通讯：Jabber
开放的：opensystem
安全：SASL，TLS
标准：IETF，RFC3920，RFC3921 (RFC6120，RFC6121)
l 架构
体系架构：XMPP server其内核是一个XMPP路由器，完成基本组件间的数据包交换和路由。其包含的功能有：
1.会话管理器：负责客户端会话认证，在线状态，用户联系表等；
2.数据存储器（XDB）:连接数据库系统，保持用户信息、通信日志等；
3.连接器管理器：管理与客户端之间的连接；
4.服务器连接器：管理xmpp服务器之间的连接；
5.传输器：建立xmpp服务器与非xmpp服务器通信；
工作原理：所有从一个client到另一个client的jabber消息和数据都要通过xmpp server。
1.client连接到server；
2.server利用本地目录系统的证书对其认证；
3.client制定目标地址，让server告知目标状态；
4.server查找，连接并进行相互认证；
5.client间进行交互；
l 协议
XMPP地址：JID=[ node”@” ] domain [ “/” resource]
其中node代表用户名，domain代表服务器域名，resource属于用户的位置或设备。一个用户可以同时以多种资源与同一个XMPP服务器连接。
XMPP消息格式：<stream><presence/><message/><iq/></stream>
Presence：确定用户状态
Message：两个用户之间发送消息
Iq：管理XMPP服务器上两个用户的转换，允许他们通过相应的xml格式的查询和响应
示例：
l 安全
XMPP采用SASL作为身份认证协议，采用TLS的“START-TLS”扩展来为通信双方提供加密性和数据完整性服务
在线游戏中大量使用了XMPP。XMPP为在线游戏提供了一组关键的功能，包括验证、到场信息、聊天以及可扩展的游戏状态信息的实时交流。
云计算中也大量使了XMPP。云计算和存储依赖不同层次和形式的通讯，XMPP应用在不同的层次，作为理想的中间件协议。
开放，标准，证实可用；分散式，安全，可扩展，弹性佳，具有多样性。
缺点：
数据量大，负载重；不支持二进制数据。
互联网APP的心跳机制的特点：
1、心跳信息是单方向的，只有由终端发送到服务器；
2、心跳信息的周期比较长，一般由30s（QQ）~300s（微信）~1680s（Google原生应用）
3、心跳信息除宣告在线外，还需要实时获取终端即时地址，方便服务器寻址
4、心跳信息有副作用，让终端更耗电，耗流量，资费敏感，容易引起信令风暴或者网络堵塞
在心跳机制方面的优化建议：
心跳频率的智能设置。合理的心跳频率，既能让电耗和流量损耗能被终端接受，有方便服务端监管业务。可以针对网络特点，区分出移动网络、WLAN网络，甚至进一步细分，在不同的网络下智能调整心跳包的发送频率。在移动网络接入时，降低心跳包的发送频率，这样虽然服务器推送的信息会有一些延迟，但是终端更省电，移动网络更稳健。在WLAN或高速网络接入时，提高心跳包的发送频率，增强实时交互，提升用户体验。
公用的位置寄存器。心跳机制是不可避免的，很多APP作为一个壳，里面包含的应用很多，应该建立或直接使用公用的位置寄存器，使用统一的心跳即可。
网络适配。不同的网络使用不同的数据包，比如WLAN可以用高清的图片，G/E网络下用普通的图片，这些原则已经被很多APP采用。此外，切换的时候要考虑无损和缓存。
交互报文的合理设计。针对交互报文进行合理设计，报文流量要小，交互简单，以便于快速收发。设计考虑断点、容错、续传和重发。
压缩再压缩。选用优秀的压缩算法，对大数据进行压缩，轻量是一贯的原则，不同大小的报文采用不同的压缩方案传递。
从这几个功能上重点优化，除了上述网络和通讯原因，影响性能的因素还有以下几个方面：
1 移动网络
1.1 手机网络
| 运营商 | 手机网络 | 含义 | 理论峰值 |
| 移动 | G | GSM | 114Kbps |
| E | EDGE | 384Kbps | |
| T/H | TD-SCDMA | R4, 378.2Kbps | |
| 4G | TD-LTE | 80M~1Gbps | |
| 联通 | G | GSM | 114Kbps |
| E | EDGE | 384Kbps | |
| 3G/H | HSDPA, 3~3.5G | 7.2Mbps | |
| H+ | HSDPA, 3.75G | 42Mbps | |
| 电信 | 1X | CDMA 1X | 144Kbps |
| 3G | CDMA2000(EVDO.A), | 290Kbps |
1.2 无线网络
| 协议标准 | 理论峰值 |
| IEEE802.11b | 11Mbps |
| IEEE802.11a | 54Mbps |
| IEEE802.11g | 54M~108Mbps |
| IEEE802.11ac | 1Gbps |
1.3 网络切换
当手机信号不稳定时，就会在几个频段中进行切换，来保证通话和网络，如联通手机会出现无网络/G/E/3G/H/H+。除了频道切换，移动设备还会从固定网络的一个接入点转换到另外一个接入点。在蜂窝电话和移动网络中，这样的连接点称为基站（BS），在无线LAN（WLAN）中，将它们称为接入点（AP）。移动网络是一种混合网络，它将涉及到移动设备的链接从一个BS/AP转换到领一个BS/AP，在BS和AP之间转换或者相反。在每个切换过程中，需要考虑话音业务与数据业务的无损和时延。2 弱网络场景
因用户在移动，基站信号时强时弱，手机网络频段不停切换，在即时消息通讯建立、传输和关闭等三个阶段，网络不停切换（如联通用户会在No service/G/E/3G/H+之间切换）。弱网络通讯的困难点：
1、文字、图片、音频和视频传输过程中，终端设备网络会切换，数据传输需要根据网络协议进行适应性转变。
2、移动网络存在线和离线频繁转换，连接不稳定，网络高延迟，资费敏感
3 即时通讯APP网络通讯
主流即时通讯APP常用协议有SIP与XMPP，两者比较如下：| 基础协议 | SIP | XMPP |
| 数据包大小 | 较大 | 较小 |
| 延迟 | 一般 | 较小 |
| 成熟度 | 较为成熟 | 新兴技术 |
| 功能 | 支持各种即时消息通讯 | 支持各种即时消息通讯 |
| 可扩展性 | 一般 | 很强 |
| 主流厂家支持 | 微软，IBM | SUN,ORACLE,GOOGLE |
3.1 XMPP协议概览
l 概述XMPP：Extensible Messaging and PresenceProtocol
可扩展：XML；
即时通讯：Jabber
开放的：opensystem
安全：SASL，TLS
标准：IETF，RFC3920，RFC3921 (RFC6120，RFC6121)
l 架构
体系架构：XMPP server其内核是一个XMPP路由器，完成基本组件间的数据包交换和路由。其包含的功能有：
1.会话管理器：负责客户端会话认证，在线状态，用户联系表等；
2.数据存储器（XDB）:连接数据库系统，保持用户信息、通信日志等；
3.连接器管理器：管理与客户端之间的连接；
4.服务器连接器：管理xmpp服务器之间的连接；
5.传输器：建立xmpp服务器与非xmpp服务器通信；
工作原理：所有从一个client到另一个client的jabber消息和数据都要通过xmpp server。
1.client连接到server；
2.server利用本地目录系统的证书对其认证；
3.client制定目标地址，让server告知目标状态；
4.server查找，连接并进行相互认证；
5.client间进行交互；
l 协议
XMPP地址：JID=[ node”@” ] domain [ “/” resource]
其中node代表用户名，domain代表服务器域名，resource属于用户的位置或设备。一个用户可以同时以多种资源与同一个XMPP服务器连接。
XMPP消息格式：<stream><presence/><message/><iq/></stream>
Presence：确定用户状态
Message：两个用户之间发送消息
Iq：管理XMPP服务器上两个用户的转换，允许他们通过相应的xml格式的查询和响应
示例：
| <stram> <presence from=cyber1@jabber.org/contact to=cyber2@jabber.org/contact> <status>online</status> </prensence> <message from=cyber1@jabber.org/contact to=cyber2@jabber.org/contact type="chat"> <body>Hello</body> </message> <iq from=cyber1@jabber.org/contact id=“id1” type=“result”> </iq> </stream> |
XMPP采用SASL作为身份认证协议，采用TLS的“START-TLS”扩展来为通信双方提供加密性和数据完整性服务
3.2 XMPP的应用
XMPP为网络的消息传递提供了一个通用框架。在线游戏中大量使用了XMPP。XMPP为在线游戏提供了一组关键的功能，包括验证、到场信息、聊天以及可扩展的游戏状态信息的实时交流。
云计算中也大量使了XMPP。云计算和存储依赖不同层次和形式的通讯，XMPP应用在不同的层次，作为理想的中间件协议。
3.3 XMPP的优劣
优点：开放，标准，证实可用；分散式，安全，可扩展，弹性佳，具有多样性。
缺点：
数据量大，负载重；不支持二进制数据。
4 互联网APP网络通讯
参考即时通讯APP在网络架构一块的应用，互联网APP有不少可以借鉴的地方，来提升稳定、安全和可靠。4.1 心跳机制
互联网APP的心跳机制一般是由APP自身包办，缺少XMPP的协议支持。互联网APP的心跳机制的特点：
1、心跳信息是单方向的，只有由终端发送到服务器；
2、心跳信息的周期比较长，一般由30s（QQ）~300s（微信）~1680s（Google原生应用）
3、心跳信息除宣告在线外，还需要实时获取终端即时地址，方便服务器寻址
4、心跳信息有副作用，让终端更耗电，耗流量，资费敏感，容易引起信令风暴或者网络堵塞
在心跳机制方面的优化建议：
心跳频率的智能设置。合理的心跳频率，既能让电耗和流量损耗能被终端接受，有方便服务端监管业务。可以针对网络特点，区分出移动网络、WLAN网络，甚至进一步细分，在不同的网络下智能调整心跳包的发送频率。在移动网络接入时，降低心跳包的发送频率，这样虽然服务器推送的信息会有一些延迟，但是终端更省电，移动网络更稳健。在WLAN或高速网络接入时，提高心跳包的发送频率，增强实时交互，提升用户体验。
公用的位置寄存器。心跳机制是不可避免的，很多APP作为一个壳，里面包含的应用很多，应该建立或直接使用公用的位置寄存器，使用统一的心跳即可。
4.2 数据通信
与话音业务部一样，互联网APP一般是使用移动设备的数据业务。话音网络采用电路交换，数据网络采用分组交换，后者的时延要低。数据网络的切换是依赖移动运营商的算法，我们能优化的方面有：网络适配。不同的网络使用不同的数据包，比如WLAN可以用高清的图片，G/E网络下用普通的图片，这些原则已经被很多APP采用。此外，切换的时候要考虑无损和缓存。
交互报文的合理设计。针对交互报文进行合理设计，报文流量要小，交互简单，以便于快速收发。设计考虑断点、容错、续传和重发。
压缩再压缩。选用优秀的压缩算法，对大数据进行压缩，轻量是一贯的原则，不同大小的报文采用不同的压缩方案传递。
4.3 性能焦点
性能的表现是建立在以下几个功能上：开机时间、页面loading的状态、切换页面动画的流畅度、误差和等待时间。从这几个功能上重点优化，除了上述网络和通讯原因，影响性能的因素还有以下几个方面：
内容来自用户分享和网络整理，不保证内容的准确性，如有侵权内容，可联系管理员处理 
相关文章推荐
- python网络协议
- vb在线获取网络时间
- ASI简单实现网络编程
- TCP/IP入门(3) --传输层
- tomcat https简单配置
- HTTP/超文本传输协议
- HTTP协议基础及分析工具使用
- Linux下Web性能压力测试工具http_load使用教程
- 深入剖析WCF的可靠会话
- 转：Android模拟器连接电脑网络
- Android’s HTTP Clients
- 关于iOS 数据请求ASIHttpRequest方法的总结
- ifstat 网络流量监控
- HttpClient文件上传下载
- java发送http的get、post请求
- Linux 网络编程——TCP编程之客户端
- Asp.Net HttpHandler 实现验证码功能
- 获取手机网络类型和IP地址
- Android网络编程概述
- CDN（内容分发网络）理解