QQ 通訊原理分析
下面有4個基本的問答：
問題一：為什麼只要可以連上網際網路的計算機都可以用QQ相互建立通訊，而不需要固定IP?
也就是這個QQ使用者端是怎樣找到另一個QQ使用者的，而使用者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。
伺服器端不會以qq使用者端的ip作為唯一標識，伺服器端會以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登陸伺服器，伺服器會記錄下賬號a的ip地址，去通知a的好友，告訴他們，a上線了和現在的ip地址，a的好友就可以跟他通訊了
問題二：是不是QQ在通訊時根本不適用IP，QQ客戶端先是訪問QQ伺服器端，然後QQ伺服器端再為要建立連線的QQ客戶端建立連線？
只要是網路層的通訊，都會涉及到ip/tcp協議，就肯定需要ip，qq客戶端登陸qq伺服器，伺服器只是記錄登陸狀態，不會一直和qq保持通訊，只會每隔一段時間傳送心跳資料包，來確實qq客戶端是否還在網路上。當qq客戶端a上線後，伺服器會告訴a，目前a的線上好友的最新ip地址，當a需要與任意好友通訊時，直接使用ip地址就ok了。qq客戶端a與qq客戶端b通訊，可以兩種方式，第一就是qq伺服器有轉發的伺服器，第二是，a與b直接通訊，不會告訴qq伺服器
問題三：QQ客戶端可以訪問QQ伺服器端，然後伺服器端獲取QQ客戶端的IP建立通訊，是不是這樣的過程。。。如果是，這個過程是怎麼處理的呢？
是這樣的過程，qq客戶端請求一個連線給伺服器，伺服器接收後，知道qq端a上線，把qq端a的賬號跟目前的ip會記錄下來，放在線上列表裡或者其他的地方，然後每隔幾分鐘或者幾秒鐘給qq端a傳送心跳包，問他是否還線上，來確保qq端a的最新狀態。這裡客戶端與伺服器的通訊方式是udp。而不會時時刻刻都在用tcp連線。
問題四：QQ客戶端雖然IP地址不固定，但是在建立與QQ伺服器端的通訊時，必須提供自己的IP被伺服器獲取，然後才能建立他們之間的通訊，進而在建立客戶端之間的通訊。也就是，只要能上網就有IP，只不過客戶端的IP，是被QQ客戶端獲取了，然後才建立通訊的。（這是自己的猜測，不知對否。。。）
恩，伺服器不會以ip作為唯一標識，會以賬號作為唯一標識，但與賬號通訊的時候會用到賬號目前所對應的ip，客戶端與客戶端通訊也如此
QQ有兩種登陸模式
一種是比較不常用的:直接登陸伺服器,所有資訊由伺服器轉發,這種登陸模式有個特點就是你會發現你使用獲取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:首先連線登陸伺服器,在給對發發訊息的時候,首先嚐試與對方進行打洞連線,如果可以打通訊息直接傳送給對方,如果不能打通,則訊息轉發伺服器,由伺服器轉發.（傳檔案會優先P2P,不行再選擇中轉，不知道聊天是不是優先P2P的，還是聊天文字是中轉的？圖片呢？會員表情？這個的確要問tx了，技術上的都是可以實現，選擇什麼只能問tx了）
如果上面的東西輕鬆搞定，那麼你可以繼續看了，如果不知道，那麼下面就不用看了
先貼一點資料
一、登陸。
不管UDP還是TCP，最終登陸成功之後，QQ都會有一個TCP連線來保持線上狀態。這個TCP連線的遠端埠一般是80，採用UDP方式登陸的時候，埠是8000。因此，假如你所在的網路開放了80埠（80埠是最常用埠。。就是通常訪問Web的埠，禁掉它的話，你的網路對你來說價值已經不大了），但沒有遮蔽騰訊的伺服器IP，恭喜你，你是可以登陸成功QQ的。
二、聊天訊息通訊。
採用UDP協議，通過伺服器中轉方式。因此，現在的IP偵探在你僅僅跟對方傳送聊天訊息的時候是無法獲取到IP的。大家都知道，UDP 協議是不可靠協議，它只管傳送，不管對方是否收到的，但它的傳輸很高效。但是，作為聊天軟體，怎麼可以採用這樣的不可靠方式來傳輸訊息呢？於是，騰訊採用了上層協議來保證可靠傳輸：如果客戶端使用UDP協議發出訊息後，伺服器收到該包，需要使用UDP協議發回一個應答包。如此來保證訊息可以無遺漏傳輸。之所以會發生在客戶端明明看到“訊息傳送失敗”但對方又收到了這個訊息的情況，就是因為客戶端發出的訊息伺服器已經收到並轉發成功，但客戶端由於網路原因沒有收到伺服器的應答包引起的。
三、檔案/自定義表情傳送。
大家都知道，QQ可以傳送檔案，可以傳送自定義表情。先說官方表情。官方表情實際傳送的是命令字，而沒有傳送表情。客戶端收到命令字後，會自動解釋為對應的表情。因此，QQ2008正式版的客戶端發出的新版表情，在2007beta4及以前的版本無法找到相對應的表情，就無法解釋，看到的就會是空白資訊，但查聊天記錄就會有[表情]字樣。
自定義表情的傳送是以檔案傳輸方式進行的。
下面說檔案傳輸方式：A要向B傳送一個檔案，於是發出一個檔案傳送請求。伺服器收到這個檔案傳送請求後，轉發給B，同時或者在B應答後，將A的IP地址同時傳送給B。B這個時候就得到了A的真實IP。這裡的IP是你的本機IP。也就是說，如果A處在內網，B得到的地址就是一個內網地址。B得到了A的地址之後，就會嘗試去連線A。如果B也處於內網，那麼，顯然A跟B之間的連線是無法建立的。這個時候，客戶端就會請求伺服器進行檔案中轉。因為伺服器具有公網 IP，處在內網的A跟B都是可以連線到伺服器的，於是，A跟B的檔案傳送就通過伺服器中轉的方式，順利進行。（注：伺服器檔案中轉使用443埠）
其實紅字部分是不正確的，QQ的檔案傳輸採用的是P2P，也就是為什麼在相同區域網下，兩個人用QQ傳檔案會非常快，這裡用到的是NAT打洞技術，下面我會詳細的說明
無論是傳檔案還是聊天文字技術上都可以使用P2P，P2P 都可以用UDP實現，而UDP在NAT打洞上面更加方便和成熟，所以騰訊應該是優先UDP，但是使用UDP為了增加可靠性，尤其是傳檔案，就要用到UDP模擬TCP ，也就是他所謂的新TCP，看來在UDP安全通訊方面，騰訊應該很牛逼了
下面只說的技術，具體QQ是不是這樣的只能問騰訊了
（TCP與UDP的打洞技術過程基本相同，支援TCP打洞的nat裝置不多，洞其實就是socket，udp和tcp的socket api的問題，具體以後寫文章研究一下）
* 注:什麼是內網、公網
內網、公網是兩種Internet的接入方式。
內網接入方式：上網的計算機得到的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（學校內網）
172.16.x.x至172.31.x.x
192.168.x.x（自用路由）
內網的計算機以NAT（網路地址轉換）協議，通過一個公共的閘道器訪問Internet。
內網的計算機可向Internet上的其他計算機發送連線請求，但Internet上其他的計算機無法向內網的計算機發送連線請求。
公網接入方式：上網的計算機得到的IP地址是Inetnet上的非保留地址。公網的計算機和Internet上的其他計算機可隨意互相訪問。
*注：Nat技術基礎
NAT(Network Address Translators)，網路地址轉換：網路地址轉換是在IP地址日益缺乏的情況下產生的，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是執行在路由器上的一個功能模組。
最先提出的是基本的NAT，它的產生基於如下事實：一個私有網路（域）中的節點中只有很少的節點需要與外網連線（呵呵，這是在上世紀90年代中期提出的）。那麼這個子網中其實只有少數的節點需要全球唯一的IP地址，其他的節點的IP地址應該是可以重用的。
因此，基本的NAT實現的功能很簡單，在子網內使用一個保留的IP子網段，這些IP對外是不可見的。子網內只有少數一些IP地址可以對應到真正全球唯一的IP地址。如果這些節點需要訪問外部網路，那麼基本NAT就負責將這個節點的子網內IP轉化為一個全球唯一的IP然後傳送出去。(基本的NAT會改變IP包中的原IP地址，但是不會改變IP包中的埠)
關於基本的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不但會改變經過這個NAT裝置的IP資料報的IP地址，還會改變IP資料報的TCP/UDP埠。基本NAT的裝置可能我們見的不多（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，這個網路的閘道器（一個NAT裝置）的外網IP是155.99.25.11(應該還有一個內網的IP地址，比如10.0.0.10)。
如果Client A中的某個程序（這個程序建立了一個UDP Socket,這個Socket繫結1234埠）想訪問外網主機18.181.0.31的1235埠，那麼當資料包通過NAT時會發生什麼事情呢？
首先NAT會改變這個資料包的原IP地址，改為155.99.25.11。
接著NAT會為這個傳輸建立一個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包結束。而UDP呢，以這個IP的這個埠的第一個UDP開始，結束呢，呵呵，也許是幾分鐘，也許是幾小時，這要看具體的實現了）並且給這個Session分配一個埠，比如62000，然後改變這個資料包的源埠為62000。所以本來是（10.0.0.1:1234->18.181.0.31:1235）的資料包到了網際網路上變為了（155.99.25.11:62000->18.181.0.31:1235）。
一旦NAT建立了一個Session後，NAT會記住62000埠對應的是10.0.0.1的1234埠，以後從18.181.0.31傳送到62000埠的資料會被NAT自動的轉發到10.0.0.1上。（注意：這裡是說18.181.0.31傳送到62000埠的資料會被轉發，其他的IP傳送到這個埠的資料將被NAT拋棄）這樣Client A就與Server S1建立以了一個連線。
首先如果兩個機子全部在外網，也就是他們可以直接相連，那麼P2P一點問題也沒有
第二如果兩個機子一個是內網A，一個是外網B
1.如果內網的主動想外網的請求連線，那麼連線就像上面的解釋一樣
2.但是洞只能有內網來打，洞是有方向性的（session儲存這個資訊），所以當外網的想主動和內網的連線時，就需要中介伺服器，伺服器通知內網A向B打洞來建立連線
第三如果兩個機子一個是內網A，另一個是另外一個內網B
網路環境描述:
內網1NAT:NAT1/218.7.32.28
內網1中一臺主機A:ClientA/192.168.1.128
內網2NAT:NAT2/218.7.31.221
內網2中一臺主機B:ClientB/192.168.0.5
公網伺服器:Server
首先讓ClientA和ClientB登入到伺服器Server(假如兩臺主機都採用2347埠)，此時NAT1和NAT2會分別為ClientA和 ClientB開啟一個指向Server的洞(NAT1上218.7.32.28:26756和NAT2上218.7.31.221:27550)。伺服器應改記錄這兩個客戶端的資訊(關鍵是那兩個洞的資訊)。當ClientA與ClientB要建立會話時，ClientA首先用2347埠向NAT2的洞傳送一個數據包，當然這個資料包會被NAT2所丟棄，但是由於這是從NAT1內部向外部發送資料，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(因為是同一個埠26756)，所以這裡可以說這個洞具有了兩個方向（關鍵），同時指向 Server和NAT2。這時ClientA應該通知Server，告訴ClientB，現在可以向NAT1的那個洞 (218.7.32.28:26756)傳送資料包了。當ClientB向NAT1的那個洞傳送資料以後，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進行通訊了。如果以後ClientA和 ClientB還需要建立其他會話 ，那麼這個牽線的“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網
用上面的方法肯定可以，那麼如果NAT支援loopback(就是本地到本地的轉換),A,B可以連線,但是比較浪費頻寬和NAT，一般的時候都不會用loopback，會直接內網P2P（我覺得QQ客戶端可以做一下判斷以選擇內網直接P2P）
注：
NAT對session的處理
以下分析NAPT是依據什麼策略來判斷是否要為一個請求發出的UDP資料包建立Session的.主要有一下幾個策略:
A. 源地址(內網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(內網IP地址)相同，源埠不同，忽略其它的因素，則在NAPT上也肯定對應不同的Session
C. 源地址(內網IP地址)相同，源埠相同，目的地址(公網IP地址)相同，目的埠不同，則在NAPT上肯定對應同一個Session
D. 源地址(內網IP地址)相同，源埠相同，目的地址(公網IP地址)不同，忽略目的埠，則在NAPT上是如何處理Session的呢？（這個要根據下面NAT的種類區別，Cone相同，Symmetic不同）
NAT分類
根據Stun協議(RFC3489),NAT大致分為下面四類
1) Full Cone
這種NAT內部的機器A連線過外網機器C後,NAT會開啟一個埠.然後外網的任何發到這個開啟的埠的UDP資料報都可以到達A.不管是不是C發過來的.
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)
任何傳送到 NAT(202.100.100.100:8000)的資料都可以到達A(192.168.8.100:5000)
2) Restricted Cone
這種NAT內部的機器A連線過外網的機器C後,NAT開啟一個埠.然後C可以用任何埠和A通訊.其他的外網機器不行.
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傳送到 NAT(202.100.100.100:8000)的資料都可以到達A(192.168.8.100:5000)
3) Port Restricted Cone
這種NAT內部的機器A連線過外網的機器C後,NAT開啟一個埠.然後C可以用原來的埠和A通訊.其他的外網機器不行.
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)傳送到 NAT(202.100.100.100:8000)的資料都可以到達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
對於這種NAT.連線不同的外部目標.原來NAT開啟的埠會變化.而Cone NAT不會.雖然可以用埠猜測.但是成功的概率很小.因此放棄這種NAT的UDP打洞.
第一種情況, 雙方都是Symmetric NAPT:
此情況應給不存在什麼問題，肯定是不支援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