1. Gtalk utiliza la mensajería extensible y el protocolo de presencia (XMPP, originalmente llamado Jabber). Mantiene las conexiones activas (sesión TCP).
2. Google debe haber escrito su propio servidor XMPP distribuido para manejar una gran cantidad de conexiones. Incluso intentaron impulsar XMPP como la arquitectura de mensajería unificada (Google Wave) para correo electrónico, mensajería instantánea, wiki o redes sociales. Es una idea muy poderosa, pero mal ejecutada. Wave es ahora el proyecto Apache. También tenga en cuenta que XMPP le permite crear una red distribuida descentralizada. Por ejemplo, [correo electrónico protegido] puede hablar con [correo electrónico protegido]
3. El servicio XMPP de Google copia inicialmente los mensajes en todas las sesiones registradas. Si uno de ellos responde, los mensajes consecutivos solo irán a esa sesión. Por ejemplo, el mensaje inicial hará sonar su teléfono y computadora portátil con Android simultáneamente. Si responde a través de una computadora portátil, su teléfono Android no recibirá más mensajes. Supongo que esto es específico de la implementación de Google, pero muy conveniente.
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Si desea comprender más, puede echar un vistazo al proyecto GNU Freetalk (cliente XMPP). Está escrito en C con extensibilidad de esquema.