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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。

1    移动网络

1.1 手机网络

1.2 无线网络

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：

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。

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：

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

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：

弱网络下通讯研究

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