應(yīng)用于電子政務(wù)的即時(shí)通訊系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)

摘 要：即時(shí)通訊正在成為繼E-mail、Web之后最重要的Internet網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之一。文章介紹了目前主流的即時(shí)通訊系統(tǒng)所采用的通訊模式和通訊協(xié)議，重點(diǎn)分析了主流即時(shí)通訊系統(tǒng)在政府電子政務(wù)應(yīng)用中的不足；為適應(yīng)電子政務(wù)的應(yīng)用，對即時(shí)通訊系統(tǒng)中采用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)整合P2P和服務(wù)器中轉(zhuǎn)模式、實(shí)名制身份認(rèn)證、支持多協(xié)議轉(zhuǎn)換的即時(shí)通訊系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：即時(shí)通訊IM；通訊模式P2P；服務(wù)器中轉(zhuǎn)模式；Jabber；MSNP；SIP

0 引言

即時(shí)通訊(IM)現(xiàn)在已經(jīng)成為了繼電子郵件(E-mail)和Web之后的第三大互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。IM具有實(shí)時(shí)性、在線性與文本交互性等特征，滿足了人們在日常生活與辦公環(huán)境中交流與協(xié)作的需要。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，電子政務(wù)正在成為當(dāng)今信息化最重要的領(lǐng)域之一。我國已經(jīng)將電子政務(wù)建設(shè)作為國家重要戰(zhàn)略之一。近年來，在各級政府的重視和推動下，政府部門計(jì)算機(jī)普及率和信息化程度逐年提高，很多日常業(yè)務(wù)已經(jīng)上網(wǎng)運(yùn)行，如辦公自動化、各種業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)、政府門戶網(wǎng)站等。隨著我國電子政務(wù)建設(shè)的逐步深入，對新技術(shù)新模式的消化吸收能力也在逐步增強(qiáng)。目前，作為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代最重要的三種技術(shù)E-mail、Web、IM中的前兩種已經(jīng)在電子政務(wù)中得到了很好的運(yùn)用，發(fā)揮了很好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。在IM技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟和普及時(shí)，研究IM技術(shù)在電子政務(wù)中的應(yīng)用，并設(shè)計(jì)和開發(fā)符合政府部門公務(wù)交流的IM系統(tǒng)，將進(jìn)一步推進(jìn)我國電子政務(wù)的發(fā)展，對提高政府部門的辦事效率，降低辦事成本，增強(qiáng)政府與民眾交流和溝通將具有十分重要的意義。

1 主流即時(shí)通訊系統(tǒng)分析

目前主流的即時(shí)通訊系統(tǒng)有微軟公司的MSN Messenger、Google公司的Google Talk，騰訊公司的QQ等。這些IM系統(tǒng)按照其不同的設(shè)計(jì)和運(yùn)營策略，分為開放型和封閉型兩類。MSN Messenger和騰訊QQ是封閉型IM系統(tǒng)的典型代表，它們都由專業(yè)公司運(yùn)營，采用私有協(xié)議通訊。Google Talk是開放型IM系統(tǒng)的代表，采用Jabber架構(gòu)，源代碼公開，并可以和任何基于Jabber的IM系統(tǒng)互通。本文選擇了MSN Messenger和Google Talk分別作為封閉型和開放型IM系統(tǒng)的典型研究對象，并重點(diǎn)從他們所采用的通訊模式，通訊協(xié)議及認(rèn)證方式等三方面，與政府部門即時(shí)信息交流實(shí)際需求的差異進(jìn)行了分析和對比。其他的IM系統(tǒng)基本可參照這兩類來進(jìn)行比較。

1．1 Google Talk(Jabber)

Google Talk是Google公司開發(fā)和運(yùn)營的IM系統(tǒng)，采用Jabber架構(gòu)，通訊模式是典型的基于服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的IM系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)類似于一個(gè)分布式郵件服務(wù)器，主要包括三個(gè)組成部分：Jabber客戶端，Jabber服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)。Jabber服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)路由客戶端、服務(wù)器、其他IM系統(tǒng)之間的XML數(shù)據(jù)流的傳輸路徑。Router是一個(gè)Jabber服務(wù)器的中心組件，所有的組件都與Router通訊，由Router來決定消息交換的路徑。

1．2 MSN(MSNP和SIP)

MSN Messenger同時(shí)支持MSNP協(xié)議的通訊模式和SIP協(xié)議框架的通訊模式。MSN Messenger在處理內(nèi)部用戶的即時(shí)通訊是采用MSNP協(xié)議定義的通訊模式，在和外部符合SOP協(xié)議的通訊系統(tǒng)交流時(shí)，采用SIP通訊模式。

MSNP協(xié)議定義的MSN內(nèi)部基本通訊模式采用服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)模式，其通訊模式包含四個(gè)組成部分：MSN客戶端、DispatchServer分配服務(wù)(簡稱DS)、Notification Server通知服務(wù)(簡稱NS)、Switchboard Server接線服務(wù)(簡稱SS)。DS指導(dǎo)用戶轉(zhuǎn)向合適的NS，均衡服務(wù)器負(fù)荷；NS維系會話過程，包括用戶列表，分組信息，自己和好友狀態(tài)改變，請求對話和發(fā)送文件；ss是用戶之間對話的網(wǎng)關(guān)。

SIP的通訊模式是一種典型的P2P結(jié)構(gòu)的通訊模式。SIP通過服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)用戶狀態(tài)信息的傳遞和用戶的定位，并通過P2P方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。SIP的通訊模式中包含四個(gè)組成部分：SIP客戶端、SIP代理服務(wù)器、重定向服務(wù)器、SIP注冊服務(wù)器。

2 主流IM系統(tǒng)在電子政務(wù)應(yīng)用中的不足

2．1 不能適應(yīng)特殊的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

MSN和Google Talk在用戶驗(yàn)證、通訊、離線消息處理等過程中都高度依賴Internet網(wǎng)絡(luò)接入條件，而國內(nèi)政府部門的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和Internet的很多通訊端口是被關(guān)閉的，為滿足特殊網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的IM，我們需要一種可以靈活部署，適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)連接模式的IM系統(tǒng)。

2．2 不能滿足安全性要求

目前主流IM在身份認(rèn)證、信息傳輸、信息記錄等安全性設(shè)計(jì)方面還不能滿足政府部門使用IM通訊進(jìn)行公務(wù)活動的要求。身份認(rèn)證方面，各IM軟件為迅速擴(kuò)展用戶數(shù)，都采用匿名制用戶注冊制，用戶幾乎可以隨意注冊，無法適應(yīng)政府公務(wù)活動中對嚴(yán)肅性的要求。在傳輸模式方面，采用P2P通訊方式的，服務(wù)器端無法記錄用戶的通訊信息；采用服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)模式的，用戶的通訊信息由商業(yè)公司紀(jì)錄和管理，很多還是國外公司，無法滿足政府部門對信息安全性的要求。政府部門需要一個(gè)采用實(shí)名制用戶管理，并能夠在政府部門控制的主機(jī)系統(tǒng)中記錄通訊信息的公務(wù)IM系統(tǒng)。

2．3 對多協(xié)議通訊的支持不夠

MSN等IM軟件由于各開發(fā)商的商業(yè)目的考慮，都各自為政，自成體系，從用戶到數(shù)據(jù)傳輸都無法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。用戶為實(shí)現(xiàn)和不同對象的通訊需要安裝多套客戶端軟件，并且不斷在各套軟件之間切換。為改善用戶的操作體驗(yàn)，我們需要通過單一客戶端就可以讓用戶和本系統(tǒng)用戶及MSN、Google Talk等各種其他IM用戶通訊的IM系統(tǒng)。

2．4 功能有局限

商用IM系統(tǒng)為擴(kuò)大用戶規(guī)模，其設(shè)計(jì)的功能通用性比較強(qiáng)，但往往無法兼顧一些特殊應(yīng)用環(huán)境中的具體需求，特別是在政府部門的公務(wù)應(yīng)用中的功能需求，例如有權(quán)限控制的一對多系統(tǒng)消息發(fā)送功能(例如由一個(gè)政府系統(tǒng)的牽頭部門向該系統(tǒng)內(nèi)的所有用戶發(fā)送統(tǒng)一的通知類消息等)、政府部門列表的樹狀組織結(jié)構(gòu)展示功能等。

3 關(guān)鍵技術(shù)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)

3．1 通訊模式設(shè)計(jì)

3．1．1 通訊模式

為使IM系統(tǒng)滿足政府部門公務(wù)交流的實(shí)際需求，在本IM通訊系統(tǒng)中采用了P2P和服務(wù)器中轉(zhuǎn)相結(jié)合的通訊模式。P2P模式主要用來實(shí)現(xiàn)同一網(wǎng)段(主要指內(nèi)部網(wǎng)絡(luò))的用戶之間傳送消息。服務(wù)器中轉(zhuǎn)模式用于在不同的網(wǎng)段(內(nèi)外網(wǎng)用戶)、不同協(xié)議(如內(nèi)部用戶需要和MSN或Google Talk用戶)及不同應(yīng)用(內(nèi)部消息需要轉(zhuǎn)到手機(jī)短消息方式發(fā)送)之間進(jìn)行通訊。用戶之間的通訊完全通過服務(wù)器進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)服務(wù)器負(fù)責(zé)記錄通訊的信息，以便在必要時(shí)進(jìn)行核查。

3．1．2組件設(shè)計(jì)

通訊模式的設(shè)計(jì)從結(jié)構(gòu)上包含四個(gè)組成部分：IM客戶端、登錄服務(wù)器、連接服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。登錄服務(wù)器實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證、連接服務(wù)器的分配等功能；連接服務(wù)器負(fù)責(zé)用戶的狀態(tài)管理、好友列表管理、離線消息管理等并負(fù)責(zé)服務(wù)器之間的信息同步，可以由多臺服務(wù)器進(jìn)行負(fù)載均衡。登錄服務(wù)器會根據(jù)用戶管理策略，將用戶按照所在IP區(qū)段進(jìn)行劃分，每一個(gè)連接服務(wù)器都存儲著由登錄服務(wù)器劃分后的用戶好友信息。網(wǎng)關(guān)服務(wù)器負(fù)責(zé)消息在不同網(wǎng)段和不同協(xié)議之間的中轉(zhuǎn)和路由。當(dāng)用戶的通訊請求到達(dá)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器后，網(wǎng)關(guān)服務(wù)器負(fù)責(zé)判斷是否需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換或直接調(diào)用其它應(yīng)用服務(wù)(如運(yùn)營商提供的短消息發(fā)送服務(wù))，同時(shí)連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，記錄用戶通訊的信息，并提供信息查詢功能。

3．1．3消息流設(shè)計(jì)

消息流如圖1所示。其中用戶A、B為政府內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的用戶，C是Internet網(wǎng)絡(luò)用戶。A和B之間處于同一網(wǎng)段，彼此通訊采用P2P方式，A和C處于不同網(wǎng)段，之間用網(wǎng)閘隔離，網(wǎng)閘設(shè)定內(nèi)外網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器之間可以互相通訊。

通訊方式-A和B的P2P通訊過程描述。

A1：A向登錄服務(wù)器發(fā)出認(rèn)證請求。

A2：登錄服務(wù)器向內(nèi)部的統(tǒng)一認(rèn)證服務(wù)器(該服務(wù)器同時(shí)為內(nèi)網(wǎng)中的其他應(yīng)用提供認(rèn)證服務(wù))驗(yàn)證用戶的合法性，

A3：返回認(rèn)證通過的令牌，并分配適合的連接服務(wù)器給A用戶。

A4：更新各服務(wù)器中的活動用戶列表。

A5：A用戶訪問連接服務(wù)器，得到好友列表(包括B用戶)、在線狀態(tài)和所處網(wǎng)段及采用的協(xié)議等信息。

A6：A用戶和B用戶進(jìn)行P2P通訊，服務(wù)器不再干預(yù)。

通訊方式二A和C的服務(wù)器中轉(zhuǎn)通訊過程描述。

A1-A5：部分與P2P方式相同。

A7：連接服務(wù)器負(fù)責(zé)將A用戶的請求轉(zhuǎn)發(fā)到指定網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。

A8：網(wǎng)關(guān)服務(wù)器通過網(wǎng)閘將請求轉(zhuǎn)發(fā)到Internet網(wǎng)段的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器(該服務(wù)器同時(shí)擔(dān)任登錄服務(wù)器和連接服務(wù)器的角色)。

A9：Internet網(wǎng)段的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器將A用戶的通訊請求轉(zhuǎn)發(fā)給B用戶。

3．2 協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

為解決本IM系統(tǒng)與外部各主流IM運(yùn)營商之間的互聯(lián)互通問題，采用協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的方式來進(jìn)行協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)是網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的核心組件。

3．2．1 模式說明

根據(jù)政府部門實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同要求，協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的運(yùn)作模式分為直通模式和同步模式兩種。直通模式適用于內(nèi)部網(wǎng)關(guān)服務(wù)器可直接訪問外部網(wǎng)絡(luò)的情況。網(wǎng)關(guān)同步模式適用于內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)之間只允許網(wǎng)關(guān)服務(wù)器之間進(jìn)行通訊的情況，在內(nèi)外網(wǎng)段分別部署網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，由內(nèi)(外)部網(wǎng)關(guān)將通訊信息同步到對端網(wǎng)關(guān)后，再由對端網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)和其他協(xié)議的IM運(yùn)營商系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

3．2．2 協(xié)議對照表

協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)以協(xié)議對照表方式維護(hù)私有協(xié)議和其他協(xié)議之間對照關(guān)系。格式如表1所示。

3．3 身份認(rèn)證方式

為確保用戶實(shí)名使用系統(tǒng)，在對用戶的身份認(rèn)證中利用杭州市電子政務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)一實(shí)名制用戶驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行身份確認(rèn)，該系統(tǒng)以身份證號碼為開戶帳號，能夠確保用戶身份的惟一性和可辨別性。該系統(tǒng)使用SUN的Identity Server作為認(rèn)證管理服務(wù)器，用戶及服務(wù)信息存儲在SUN的Directory Server。Identity Server的實(shí)例部署在SUN Application Server的Web容器內(nèi)，以http(或https)的方式提供身份管理服務(wù)、認(rèn)證服務(wù)、策略服務(wù)、會話服務(wù)等，客戶程序與Identity Server之間通過XML格式傳遞請求與回應(yīng)。

4 結(jié)束語

本文研究和設(shè)計(jì)的IM系統(tǒng)，雖然初步滿足了目前政府部門的應(yīng)用需求，并在杭州市政府的電子政務(wù)中得到了應(yīng)用，但隨著應(yīng)用的深入和推廣，如何提高系統(tǒng)和政府部門的各種辦公及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成能力將是下階段研究中需要解決的問題。