QQ通信原理
下面有4個基本的問答：
問題一：為什么只要可以連上互聯(lián)網(wǎng)的計算機都可以用QQ相互建立通信，而不需要固定IP?
也就是這個QQ用戶端是怎樣找到另一個QQ用戶的，而用戶在每次使用時他可能用的是不同的計算機，有著不同的IP地址。
服務器端不會以qq用戶端的ip作為唯一標識，服務器端會以qq賬號作為唯一標識，所以這個賬號肯定是唯一的，一個賬號登陸時每次都可以有不同的ip地址，但賬號卻相同，當賬號a登陸服務器，服務器會記錄下賬號a的ip地址，去通知a的好友，告訴他們，a上線了和現(xiàn)在的ip地址，a的好友就可以跟他通信了
問題二：是不是QQ在通信時根本不適用IP，QQ客戶端先是訪問QQ服務器端，然后QQ服務器端再為要建立連接的QQ客戶端建立連接？
只要是網(wǎng)絡層的通信，都會涉及到ip/tcp協(xié)議，就肯定需要ip，qq客戶端登陸qq服務器，服務器只是記錄登陸狀態(tài)，不會一直和qq保持通信，只會每隔一段時間發(fā)送心跳數(shù)據(jù)包，來確實qq客戶端是否還在網(wǎng)絡上。當qq客戶端a上線后，服務器會告訴a，目前a的在線好友的最新ip地址，當a需要與任意好友通信時，直接使用ip地址就ok了。qq客戶端a與qq客戶端b通信，可以兩種方式，第一就是qq服務器有轉(zhuǎn)發(fā)的服務器，第二是，a與b直接通信，不會告訴qq服務器
問題三：QQ客戶端可以訪問QQ服務器端，然后服務器端獲取QQ客戶端的IP建立通信，是不是這樣的過程。。。如果是，這個過程是怎么處理的呢？
是這樣的過程，qq客戶端請求一個連接給服務器，服務器接收后，知道qq端a上線，把qq端a的賬號跟目前的ip會記錄下來，放在在線列表里或者其他的地方，然后每隔幾分鐘或者幾秒鐘給qq端a發(fā)送心跳包，問他是否還在線，來確保qq端a的最新狀態(tài)。這里客戶端與服務器的通信方式是udp。而不會時時刻刻都在用tcp連接。
問題四：QQ客戶端雖然IP地址不固定，但是在建立與QQ服務器端的通信時，必須提供自己的IP被服務器獲取，然后才能建立他們之間的通信，進而在建立客戶端之間的通信。也就是，只要能上網(wǎng)就有IP，只不過客戶端的IP，是被QQ客戶端獲取了，然后才建立通信的。（這是自己的猜測，不知對否。。。）
恩，服務器不會以ip作為唯一標識，會以賬號作為唯一標識，但與賬號通信的時候會用到賬號目前所對應的ip，客戶端與客戶端通信也如此
QQ有兩種登陸模式
一種是比較不常用的:直接登陸服務器,所有信息由服務器轉(zhuǎn)發(fā),這種登陸模式有個特點就是你會發(fā)現(xiàn)你使用獲取IP版本的QQ無法獲取對方的IP~?（這個我不清楚有沒有，但是肯定可以）
另一種是普通的:首先連接登陸服務器,在給對發(fā)發(fā)消息的時候,首先嘗試與對方進行打洞連接,如果可以打通消息直接發(fā)送給對方,如果不能打通,則消息轉(zhuǎn)發(fā)服務器,由服務器轉(zhuǎn)發(fā).（傳文件會優(yōu)先P2P,不行再選擇中轉(zhuǎn)，不知道聊天是不是優(yōu)先P2P的，還是聊天文字是中轉(zhuǎn)的？圖片呢？會員表情？這個的確要問tx了，技術(shù)上的都是可以實現(xiàn)，選擇什么只能問tx了）
如果上面的東西輕松搞定，那么你可以繼續(xù)看了，如果不知道，那么下面就不用看了
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先貼一點資料
一、登陸。
不管UDP還是TCP，最終登陸成功之后，QQ都會有一個TCP連接來保持在線狀態(tài)。這個TCP連接的遠程端口一般是80，采用UDP方式登陸的時候，端口是8000。因此，假如你所在的網(wǎng)絡開放了80端口（80端口是最常用端口。。就是通常訪問Web的端口，禁掉它的話，你的網(wǎng)絡對你來說價值已經(jīng)不大了），但沒有屏蔽騰訊的服務器IP，恭喜你，你是可以登陸成功QQ的。
二、聊天消息通信。
采用UDP協(xié)議，通過服務器中轉(zhuǎn)方式。因此，現(xiàn)在的IP偵探在你僅僅跟對方發(fā)送聊天消息的時候是無法獲取到IP的。大家都知道，UDP 協(xié)議是不可靠協(xié)議，它只管發(fā)送，不管對方是否收到的，但它的傳輸很高效。但是，作為聊天軟件，怎么可以采用這樣的不可靠方式來傳輸消息呢？于是，騰訊采用了上層協(xié)議來保證可靠傳輸：如果客戶端使用UDP協(xié)議發(fā)出消息后，服務器收到該包，需要使用UDP協(xié)議發(fā)回一個應答包。如此來保證消息可以無遺漏傳輸。之所以會發(fā)生在客戶端明明看到“消息發(fā)送失敗”但對方又收到了這個消息的情況，就是因為客戶端發(fā)出的消息服務器已經(jīng)收到并轉(zhuǎn)發(fā)成功，但客戶端由于網(wǎng)絡原因沒有收到服務器的應答包引起的。
三、文件/自定義表情傳送。
大家都知道，QQ可以傳送文件，可以發(fā)送自定義表情。先說官方表情。官方表情實際發(fā)送的是命令字，而沒有發(fā)送表情?？蛻舳耸盏矫钭趾?#xff0c;會自動解釋為對應的表情。因此，QQ2008正式版的客戶端發(fā)出的新版表情，在2007beta4及以前的版本無法找到相對應的表情，就無法解釋，看到的就會是空白信息，但查聊天記錄就會有[表情]字樣。
自定義表情的傳送是以文件傳輸方式進行的。
下面說文件傳輸方式：A要向B發(fā)送一個文件，于是發(fā)出一個文件傳送請求。服務器收到這個文件傳送請求后，轉(zhuǎn)發(fā)給B，同時或者在B應答后，將A的IP地址同時發(fā)送給B。B這個時候就得到了A的真實IP。這里的IP是你的本機IP。也就是說，如果A處在內(nèi)網(wǎng)，B得到的地址就是一個內(nèi)網(wǎng)地址。B得到了A的地址之后，就會嘗試去連接A。如果B也處于內(nèi)網(wǎng)，那么，顯然A跟B之間的連接是無法建立的。這個時候，客戶端就會請求服務器進行文件中轉(zhuǎn)。因為服務器具有公網(wǎng) IP，處在內(nèi)網(wǎng)的A跟B都是可以連接到服務器的，于是，A跟B的文件傳送就通過服務器中轉(zhuǎn)的方式，順利進行。（注：服務器文件中轉(zhuǎn)使用443端口）
其實紅字部分是不正確的，QQ的文件傳輸采用的是P2P，也就是為什么在相同局域網(wǎng)下，兩個人用QQ傳文件會非?？?#xff0c;這里用到的是NAT打洞技術(shù)，下面我會詳細的說明
無論是傳文件還是聊天文字技術(shù)上都可以使用P2P，P2P 都可以用UDP實現(xiàn)，而UDP在NAT打洞上面更加方便和成熟，所以騰訊應該是優(yōu)先UDP，但是使用UDP為了增加可靠性，尤其是傳文件，就要用到UDP模擬TCP ，也就是他所謂的新TCP，看來在UDP安全通信方面，騰訊應該很牛逼了
下面只說的技術(shù)，具體QQ是不是這樣的只能問騰訊了
（TCP與UDP的打洞技術(shù)過程基本相同，支持TCP打洞的nat設備不多，洞其實就是socket，udp和tcp的socket api的問題，具體以后寫文章研究一下）
* 注:什么是內(nèi)網(wǎng)、公網(wǎng)
內(nèi)網(wǎng)、公網(wǎng)是兩種Internet的接入方式。
內(nèi)網(wǎng)接入方式：上網(wǎng)的計算機得到的IP地址是Inetnet上的保留地址，保留地址有如下3種形式：
10.x.x.x（學校內(nèi)網(wǎng)）
172.16.x.x至172.31.x.x
192.168.x.x（自用路由）
內(nèi)網(wǎng)的計算機以NAT（網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換）協(xié)議，通過一個公共的網(wǎng)關(guān)訪問Internet。
內(nèi)網(wǎng)的計算機可向Internet上的其他計算機發(fā)送連接請求，但Internet上其他的計算機無法向內(nèi)網(wǎng)的計算機發(fā)送連接請求。
公網(wǎng)接入方式：上網(wǎng)的計算機得到的IP地址是Inetnet上的非保留地址。公網(wǎng)的計算機和Internet上的其他計算機可隨意互相訪問。
*注：Nat技術(shù)基礎
NAT(Network Address?Translators)，網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換：網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換是在IP地址日益缺乏的情況下產(chǎn)生的，它的主要目的就是為了能夠地址重用。NAT分為兩大類，基本的NAT和NAPT(Network?Address/Port Translator)。
最開始NAT是運行在路由器上的一個功能模塊。
最先提出的是基本的NAT，它的產(chǎn)生基于如下事實：一個私有網(wǎng)絡（域）中的節(jié)點中只有很少的節(jié)點需要與外網(wǎng)連接（呵呵，這是在上世紀90年代中期提出的）。那么這個子網(wǎng)中其實只有少數(shù)的節(jié)點需要全球唯一的IP地址，其他的節(jié)點的IP地址應該是可以重用的。
因此，基本的NAT實現(xiàn)的功能很簡單，在子網(wǎng)內(nèi)使用一個保留的IP子網(wǎng)段，這些IP對外是不可見的。子網(wǎng)內(nèi)只有少數(shù)一些IP地址可以對應到真正全球唯一的IP地址。如果這些節(jié)點需要訪問外部網(wǎng)絡，那么基本NAT就負責將這個節(jié)點的子網(wǎng)內(nèi)IP轉(zhuǎn)化為一個全球唯一的IP然后發(fā)送出去。(基本的NAT會改變IP包中的原IP地址，但是不會改變IP包中的端口)
關(guān)于基本的NAT可以參看RFC 1631
另外一種NAT叫做NAPT，從名稱上我們也可以看得出，NAPT不但會改變經(jīng)過這個NAT設備的IP數(shù)據(jù)報的IP地址，還會改變IP數(shù)據(jù)報的TCP/UDP端口?；綨AT的設備可能我們見的不多（呵呵，我沒有見到過），NAPT才是我們真正討論的主角。
Client A
10.0.0.1:1234
A是其中的一臺計算機，這個網(wǎng)絡的網(wǎng)關(guān)（一個NAT設備）的外網(wǎng)IP是155.99.25.11(應該還有一個內(nèi)網(wǎng)的IP地址，比如10.0.0.10)。
如果Client?A中的某個進程（這個進程創(chuàng)建了一個UDP Socket,這個Socket綁定1234端口）想訪問外網(wǎng)主機18.181.0.31的1235端口，那么當數(shù)據(jù)包通過NAT時會發(fā)生什么事情呢？
首先NAT會改變這個數(shù)據(jù)包的原IP地址，改為155.99.25.11。
接著NAT會為這個傳輸創(chuàng)建一個Session（Session是一個抽象的概念，如果是TCP，也許Session是由一個SYN包開始，以一個FIN包結(jié)束。而UDP呢，以這個IP的這個端口的第一個UDP開始，結(jié)束呢，呵呵，也許是幾分鐘，也許是幾小時，這要看具體的實現(xiàn)了）并且給這個Session分配一個端口，比如62000，然后改變這個數(shù)據(jù)包的源端口為62000。所以本來是（10.0.0.1:1234->18.181.0.31:1235）的數(shù)據(jù)包到了互聯(lián)網(wǎng)上變?yōu)榱?#xff08;155.99.25.11:62000->18.181.0.31:1235）。
一旦NAT創(chuàng)建了一個Session后，NAT會記住62000端口對應的是10.0.0.1的1234端口，以后從18.181.0.31發(fā)送到62000端口的數(shù)據(jù)會被NAT自動的轉(zhuǎn)發(fā)到10.0.0.1上。（注意：這里是說18.181.0.31發(fā)送到62000端口的數(shù)據(jù)會被轉(zhuǎn)發(fā)，其他的IP發(fā)送到這個端口的數(shù)據(jù)將被NAT拋棄）這樣Client?A就與Server S1建立以了一個連接。
首先如果兩個機子全部在外網(wǎng)，也就是他們可以直接相連，那么P2P一點問題也沒有
第二如果兩個機子一個是內(nèi)網(wǎng)A，一個是外網(wǎng)B
1.如果內(nèi)網(wǎng)的主動想外網(wǎng)的請求連接，那么連接就像上面的解釋一樣
2.但是洞只能有內(nèi)網(wǎng)來打，洞是有方向性的（session保存這個信息），所以當外網(wǎng)的想主動和內(nèi)網(wǎng)的連接時，就需要中介服務器，服務器通知內(nèi)網(wǎng)A向B打洞來建立連接
第三如果兩個機子一個是內(nèi)網(wǎng)A，另一個是另外一個內(nèi)網(wǎng)B
網(wǎng)絡環(huán)境描述:
內(nèi)網(wǎng)1NAT:NAT1/218.7.32.28
內(nèi)網(wǎng)1中一臺主機A:ClientA/192.168.1.128
內(nèi)網(wǎng)2NAT:NAT2/218.7.31.221
內(nèi)網(wǎng)2中一臺主機B:ClientB/192.168.0.5
公網(wǎng)服務器:Server
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首先讓ClientA和ClientB登錄到服務器Server(假如兩臺主機都采用2347端口)，此時NAT1和NAT2會分別為ClientA和 ClientB打開一個指向Server的洞(NAT1上218.7.32.28:26756和NAT2上218.7.31.221:27550)。服務器應改記錄這兩個客戶端的信息(關(guān)鍵是那兩個洞的信息)。當ClientA與ClientB要建立會話時，ClientA首先用2347端口向NAT2的洞發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，當然這個數(shù)據(jù)包會被NAT2所丟棄，但是由于這是從NAT1內(nèi)部向外部發(fā)送數(shù)據(jù)，所以NAT1為ClientA打開了一個指向NAT2 的洞。而且這個新洞與原來NAT1上指向Server的舊洞的是同一個洞(因為是同一個端口26756)，所以這里可以說這個洞具有了兩個方向（關(guān)鍵），同時指向 Server和NAT2。這時ClientA應該通知Server，告訴ClientB，現(xiàn)在可以向NAT1的那個洞 (218.7.32.28:26756)發(fā)送數(shù)據(jù)包了。當ClientB向NAT1的那個洞發(fā)送數(shù)據(jù)以后，NAT2也為ClientB打了一個指向 NAT1的洞，這是可以說ClientA與ClientB的會話就建立完成了，他們可以不依賴Server進行通信了。如果以后ClientA和 ClientB還需要建立其他會話 ，那么這個牽線的“媒人”可以不是Server，而可以是ClientA或ClientB了。
第四如果兩個機子都是同一個內(nèi)網(wǎng)
用上面的方法肯定可以，那么如果NAT支持loopback(就是本地到本地的轉(zhuǎn)換),A,B可以連接,但是比較浪費帶寬和NAT，一般的時候都不會用loopback，會直接內(nèi)網(wǎng)P2P（我覺得QQ客戶端可以做一下判斷以選擇內(nèi)網(wǎng)直接P2P）
注：
NAT對session的處理
以下分析NAPT是依據(jù)什么策略來判斷是否要為一個請求發(fā)出的UDP數(shù)據(jù)包建立Session的.主要有一下幾個策略:
A. 源地址(內(nèi)網(wǎng)IP地址)不同，忽略其它因素, 在NAPT上肯定對應不同的Session
B. 源地址(內(nèi)網(wǎng)IP地址)相同，源端口不同，忽略其它的因素，則在NAPT上也肯定對應不同的Session
C. 源地址(內(nèi)網(wǎng)IP地址)相同，源端口相同，目的地址(公網(wǎng)IP地址)相同，目的端口不同，則在NAPT上肯定對應同一個Session
D. 源地址(內(nèi)網(wǎng)IP地址)相同，源端口相同，目的地址(公網(wǎng)IP地址)不同，忽略目的端口，則在NAPT上是如何處理Session的呢？（這個要根據(jù)下面NAT的種類區(qū)別，Cone相同，Symmetic不同）
NAT分類
根據(jù)Stun協(xié)議(RFC3489),NAT大致分為下面四類
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1)????? Full Cone
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這種NAT內(nèi)部的機器A連接過外網(wǎng)機器C后,NAT會打開一個端口.然后外網(wǎng)的任何發(fā)到這個打開的端口的UDP數(shù)據(jù)報都可以到達A.不管是不是C發(fā)過來的.
例如 A:192.168.8.100 NAT:202.100.100.100 C:292.88.88.88
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100 : 8000) -> C(292.88.88.88:2000)
任何發(fā)送到 NAT(202.100.100.100:8000)的數(shù)據(jù)都可以到達A(192.168.8.100:5000)
2)????? Restricted Cone
這種NAT內(nèi)部的機器A連接過外網(wǎng)的機器C后,NAT打開一個端口.然后C可以用任何端口和A通信.其他的外網(wǎng)機器不行.
例如 A:192.168.8.100 NAT:202.100.100.100 C:292.88.88.88
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100 : 8000) -> C(292.88.88.88:2000)
任何從C發(fā)送到 NAT(202.100.100.100:8000)的數(shù)據(jù)都可以到達A(192.168.8.100:5000)
3)????? Port Restricted Cone
這種NAT內(nèi)部的機器A連接過外網(wǎng)的機器C后,NAT打開一個端口.然后C可以用原來的端口和A通信.其他的外網(wǎng)機器不行.
例如 A:192.168.8.100 NAT:202.100.100.100 C:292.88.88.88
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100 : 8000) -> C(292.88.88.88:2000)
C(202.88.88.88:2000)發(fā)送到 NAT(202.100.100.100:8000)的數(shù)據(jù)都可以到達A(192.168.8.100:5000)
以上三種NAT通稱Cone NAT.我們只能用這種NAT進行UDP打洞.
4)????? Symmetic
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對于這種NAT.連接不同的外部目標.原來NAT打開的端口會變化.而Cone NAT不會.雖然可以用端口猜測.但是成功的概率很小.因此放棄這種NAT的UDP打洞.
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第一種情況, 雙方都是Symmetric NAPT:
此情況應給不存在什么問題，肯定是不支持UDP穿透。
第二種情況, 雙方都是Cone NAPT:
此情況是我們需要的，可以進行UDP穿透。
第三種情況, 一個是Symmetric NAPT, 一個是Cone NAPT:
這個行不行呢，這個問題留給大家吧 ? 來源?http://softpalace.co.de/?p=279
把4種類型分別標為1234，有兩臺主機A:portA和B:portB（port都為外網(wǎng)端口，是與打洞服務器通信的端口），以及打洞服務器S，情景是B拿到了A:portA的信息，要與A通信。
（1）、A為類型1；無論B為哪種類型，都可以直接與A:portA tcp連接；
（2）、A為類型2；無論B為哪種類型，在A知道B之前都無法直接連接，B給S發(fā)一個打洞請求，S轉(zhuǎn)發(fā)該請求到A。若B的類型為1，則A:portA可直接tcp連接到B:portB；若B的類型為2或3，則A:portA和B:portB各自向?qū)Ψ桨l(fā)送一個一字節(jié)的udp包，分別在自己的路由器上打洞，從此A:portA和B:portB可進行udp通信；若B為類型4，則portB在與不同的ip:port通信時會不一樣，所以A:portA先向B發(fā)送一個一字節(jié)的udp包，在路由器上打洞，然后等待B:portB先發(fā)送數(shù)據(jù)，A:portA接收到B:portB的數(shù)據(jù)后，即知道portB，也可互通數(shù)據(jù)了；
（3）、A為類型3；無論B為哪種類型，在A知道B之前都無法直接連接，B給S發(fā)一個打洞請求，S轉(zhuǎn)發(fā)該請求到A。若B的類型為1，則A:portA可直接tcp連接到B:portB；若B的類型為2或3，則A:portA和B:portB各自向?qū)Ψ桨l(fā)送一個一字節(jié)的udp包，分別在自己的路由器上打下洞，從此A:portA和B:portB可進行udp通信；若B為類型4，則portB在與不同的ip:port通信時會不一樣，而A又要求知道portB的才可讓B:portB連進來，所以這種情況A只能猜測與A:portA通信的portB，通信概率小；
（4）、A為類型4；無論B為哪種類型，在A知道B之前都無法直接連接，B給S發(fā)一個打洞請求，S轉(zhuǎn)發(fā)該請求到A。若B的類型為1，則A:portA可直接tcp連接到B:portB；若B的類型為2，則B:portB先向A發(fā)送一個一字節(jié)的udp包，在路由器上打洞，然后等待A:portA先發(fā)送數(shù)據(jù)，B:portB接收到A:portA的數(shù)據(jù)后，即知道portA，也可互通數(shù)據(jù)了；若B的類型為3，見（3）中B為類型4的描述；若B為4，雙方無法知道對方的端口，無法通信。
Symmetric NAPT穿刺方法————————
僅對Symmetric?NAPT，我想了一個方法，沒條件試驗，大家?guī)臀以囋?#xff1a;1，ClientA告訴Server自己的IP1和偵聽端口；2，ClientB告訴Server自己的IP2和偵聽端口；3，Server告知ClientB，ClientA的IP1（注意，僅僅需要IP，不需說偵聽端口）；4，ClientB向ClientA打洞，方法是開啟一個端口M，對IP1的任意端口連發(fā)三個UDP包；6，ClientB在剛才的端口M偵聽；7，ClientB生成一個GUID，告知Server，以便讓Server明白，ClientB已經(jīng)打過洞了，現(xiàn)在正在偵聽；8，Server告訴ClientA，ClientB上線了，打過洞了，現(xiàn)在正在偵聽，并且告訴ClientA，IP2和那個GUID；9，ClientA向IP2:端口N發(fā)送UDP包，N從0~65535增長，一共發(fā)3輪，即3*65536個包，包的格式為“Hello+端口N+GUID”；10，ClientB收到1個含GUID的包，斷定是ClientA發(fā)來的，不是ClientX發(fā)來的，取出端口N，通過Server告知ClientA，（或許可以直接告知ClientA，這得看ClientA是什么情況）。我不經(jīng)常上來，誰試成功了麻煩告訴我一下：icebird@263.net，謝謝。
總結(jié)
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