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資訊專(zhuān)欄INFORMATION COLUMN

MQTT協(xié)議介紹

lewinlee / 2171人閱讀

摘要：協(xié)議簡(jiǎn)介，消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸是一個(gè)輕量的發(fā)布訂閱模式消息傳輸協(xié)議，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)低帶寬和不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的。它是等級(jí)協(xié)議交換的第二個(gè)報(bào)文。

1.MQTT協(xié)議簡(jiǎn)介

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸）是一個(gè)輕量的發(fā)布/訂閱模式消息傳輸協(xié)議，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)低帶寬和不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的。

特點(diǎn)：

????????1.開(kāi)放消息協(xié)議，易實(shí)現(xiàn)

????????2.發(fā)布訂閱模式，一對(duì)多消息發(fā)布

????????3.基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接

????????4.報(bào)文結(jié)構(gòu)緊湊

????????5.消息QoS支持，保證可靠傳輸

MQTT協(xié)議原理

????????實(shí)現(xiàn)MQTT 協(xié)議需要客戶端和服務(wù)器 端建立 TCP 連接， 在通訊過(guò)程中， MQTT 協(xié)議中 有三種身份 ：發(fā)布 者（ Publish ）、代理（ Broker ）（服務(wù)器）、訂閱者（ Subscribe ）。其中，消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務(wù)器，消息發(fā)布者可以同時(shí)是訂閱者 。
MQTT 傳輸?shù)南⒎譃?/span> ：主 題（ Topic ）和負(fù)載（ payload ）
????????（1） Topic ，可以理解為消息的類(lèi)型，訂閱者訂閱（ Subscribe ）后，就會(huì)收到該主題 的 消息 內(nèi)容（ payload ）；

????????（2）payload可以理解為消息的內(nèi)容，是指訂閱者具體要使用的內(nèi)容。

MQTT協(xié)議服務(wù)器?：

????????MQTT服務(wù)器以稱(chēng)為“消息代理”（Broker），它是位于消息發(fā)布者和訂閱者之間，服務(wù)器可以：

????????（1）接受來(lái)自客戶端的網(wǎng)絡(luò)連接；

????????（2）接受客戶端發(fā)布的信息；

????????（3）處理來(lái)自客戶端的訂閱和退訂請(qǐng)求；

????????（4）向訂閱的客戶轉(zhuǎn)發(fā)消息。

?MQTT協(xié)議客戶端：

????????一個(gè)使用MQTT協(xié)議設(shè)備，它總是建立到服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接，客戶端可以：

????????（1）發(fā)布其他客戶端可能會(huì)訂閱的信息；

????????（2）訂閱其它客戶端發(fā)布的消息；

????????（3）退訂或刪除消息；

????????（4）斷開(kāi)與服務(wù)器連接。

MQTT協(xié)議棧

?2.MQTT通信報(bào)文

MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)：

在MQTT協(xié)議中，一個(gè)MQTT數(shù)據(jù)包由：固定頭（Fixed header）、可變頭（Variable header）、消息體（Payload）三部分構(gòu)成。MQTT數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如下：

?Fixed Header（固定報(bào)文頭）

?Variable Header &Payload

2.1? CONNECT報(bào)文解讀

Clean Session：清理會(huì)話，用于控制會(huì)話狀態(tài)的生存時(shí)間，標(biāo)志被設(shè)置為 1，客戶端和服務(wù)端 必須丟棄之前的任何會(huì)話并開(kāi)始一個(gè)新的會(huì)話。標(biāo)志被設(shè)置為 0，服務(wù)端 必須基于當(dāng)前會(huì)話（使用客戶端標(biāo)識(shí)符識(shí)別）的狀態(tài)恢復(fù)與客戶端的通信；

Will Flag：遺囑標(biāo)志設(shè)置為 1，表示如果連接請(qǐng)求被接受了，遺囑（Will Message）消息 必須被存儲(chǔ)在服務(wù)端；

QoS：遺囑消息服務(wù)質(zhì)量等級(jí)，遺囑標(biāo)志被設(shè)置為 0，遺囑 QoS 也設(shè)置為 0；遺囑標(biāo)志被設(shè)置為 1，遺囑 QoS 的值可以等于 0，1，2；

User Name Flag：用戶名標(biāo)志，標(biāo)志被設(shè)置為 0，有效載荷中 不能包含用戶名字段，標(biāo)志被設(shè)置為 1，有效載荷中 必須包含用戶名字段；

Password Flag：密碼標(biāo)志，標(biāo)志被設(shè)置為 0，有效載荷中 不能包含密碼字段，標(biāo)志被設(shè)置為 1，有效載荷中必須包含密碼字段；

2.2? CONNACK 報(bào)文解讀

?返回碼說(shuō)明：

?服務(wù)端發(fā)送給客戶端的第一個(gè)報(bào)文 是 CONNACK，服務(wù)端發(fā)送 CONNACK 報(bào)文響應(yīng)從客戶端收到的 CONNECT 報(bào)文。

Sp: Session Present Flag

當(dāng)前會(huì)話標(biāo)志

session信息在服務(wù)器已保持，置1；

未保存，置0。

2.3 PUBLISH（C<>S）發(fā)布消息報(bào)文解讀

DUP:重發(fā)標(biāo)志

QoS2、Qos1：如果為0，則表示是第一次發(fā)送該包，如果為1，則表示為重復(fù)發(fā)送的包。

Qos0：DUP必須為0

QOS: 指定了該Publish包的Qos等級(jí)如下

RETAIN: 保留標(biāo)志位，如果為1，服務(wù)器存儲(chǔ)最新一條RETAIN消息，以便分發(fā)給新的訂閱者；

2.4. PUBACK? 收到發(fā)布消息確認(rèn)報(bào)文解讀

PUBACK 報(bào)文是對(duì) QoS 1 等級(jí)的 PUBLISH 報(bào)文的響應(yīng)。

2.5 PUBREC? 發(fā)布消息收到

PUBREC 報(bào)文是對(duì) QoS 等級(jí) 2 的 PUBLISH 報(bào)文的響應(yīng)。它是 QoS 2 等級(jí)協(xié)議交換的第二個(gè)報(bào)文。

2.6 PUBRECL? 發(fā)布消息釋放報(bào)文解讀

PUBREL 報(bào)文是對(duì) PUBREC 報(bào)文的響應(yīng)。它是 QoS 2 等級(jí)協(xié)議交換的第三個(gè)報(bào)文。

2.7 PUBCOMP? 發(fā)布完成報(bào)文解讀

PUBCOMP 報(bào)文是對(duì) PUBREL 報(bào)文的響應(yīng)。它是 QoS 2 等級(jí)協(xié)議交換的第四個(gè)也是最后一個(gè)報(bào)文。

2.8 SUBSCRIBE? 訂閱主題報(bào)文解讀

?SUBSCRIBE 報(bào)文的有效載荷包含了一個(gè)主題，它們表示客戶端想要訂閱的主題，后面跟著一個(gè)字節(jié)，這個(gè)字節(jié)被叫做 服務(wù)質(zhì)量要求（Requested QoS）。它給出了服務(wù)端向客戶端發(fā)送應(yīng)用消息所允許的QoS 等級(jí)。

2.9 SUBACK? 訂閱確認(rèn)報(bào)文解讀

返回碼說(shuō)明：

2.10? UNSUBSCRIBE? 取消訂閱報(bào)文解讀

??UNSUBSCRIBE 報(bào)文提供的主題與服務(wù)端持有的這個(gè)客戶端的當(dāng)前主題集合逐個(gè)字符比較。如果主題完全匹配，那么它（服務(wù)端）自己的訂閱將被刪除，否則不會(huì)有進(jìn)一步的處理。

2.11 UNSUBACK? 取消訂閱確認(rèn)

可變報(bào)頭包含等待確認(rèn)的 UNSUBSCRIBE 報(bào)文的報(bào)文標(biāo)識(shí)符。

2.12 PINGREQ? 心跳請(qǐng)求報(bào)文解讀

2.13 PINGRESP? 心跳響應(yīng)報(bào)文解讀

客戶端發(fā)送 PINGREQ 報(bào)文給服務(wù)端的。用于：

1. 在沒(méi)有任何其它控制報(bào)文從客戶端發(fā)給服務(wù)的時(shí)，告知服務(wù)端客戶端還活著。

2. 請(qǐng)求服務(wù)端發(fā)送 響應(yīng)確認(rèn)它還活著。

3. 使用網(wǎng)絡(luò)以確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)連接沒(méi)有斷開(kāi)。

14. DISCONNECT? 斷開(kāi)連接

客戶端發(fā)送 DISCONNECT 報(bào)文之后：

? 必須關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接；
? 不能通過(guò)那個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接再發(fā)送任何控制報(bào)文；

服務(wù)端在收到 DISCONNECT 報(bào)文時(shí)：

? 必須丟棄任何與當(dāng)前連接關(guān)聯(lián)的未發(fā)布的遺囑消息；
? 應(yīng)該關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接。

?3. MQTT接入流程

3.1 連接流程

? 設(shè)備向平臺(tái)發(fā)起 CONNECT 請(qǐng)求 , CONNECT 中攜帶鑒權(quán)信息 , 平臺(tái)拿到鑒權(quán)信息進(jìn)行鑒權(quán)。

? 鑒權(quán)通過(guò)后，如果 CLEANSESSION=0, 平臺(tái)將會(huì)加載保存的設(shè)備的一些信息 ， 如果 CLEANSESSION=1, 設(shè)備沒(méi)有保存信息在平臺(tái)，則不加載設(shè)備相關(guān)信息 。
?
? 返回鑒權(quán)結(jié)果 CONNACK 。

?3.2 發(fā)布消息流程

? 設(shè)備發(fā)布 Qos0 消息；
?

平臺(tái)收到上報(bào)數(shù)據(jù)點(diǎn)后保存起來(lái)

? 設(shè)備發(fā)布 Qos1 消息
? 平臺(tái)收到上報(bào)數(shù)據(jù)點(diǎn)后保存起來(lái)
? 平臺(tái)給設(shè)備回復(fù)相應(yīng)的 PUBACK

?

? 設(shè)備發(fā)布 Qos2 消息
? 平臺(tái)收到上報(bào)數(shù)據(jù)點(diǎn)后保存起來(lái)
? 平臺(tái)給設(shè)備回復(fù)相應(yīng)的 PubRec 報(bào)文
? 設(shè)備需回復(fù)平臺(tái) PubRel 報(bào)文，如超時(shí)不回平臺(tái)則會(huì)斷開(kāi)相應(yīng)連接
? 平臺(tái)給設(shè)備回復(fù) PubComp 報(bào)文

3.3 訂閱流程

設(shè)備發(fā)起訂閱請(qǐng)求;

平臺(tái)收到請(qǐng)求后更新topic列表;

平臺(tái)給設(shè)備回復(fù)SubAck;

subscribe的requestqos級(jí)別可以為0、1、2。

? 設(shè)備發(fā)起取消訂閱請(qǐng)求 。
? 平臺(tái)收到請(qǐng)求后更新 topic 列表 。
? 平臺(tái)給設(shè)備回復(fù) UnSubAck 。

?3.5 連接保活流程

客戶端發(fā)送 PINGREQ 報(bào)文給服務(wù)端的，服務(wù)端發(fā)送 PINGRESP 報(bào)文響應(yīng)客戶端的 PINGREQ 報(bào)文，表示服務(wù)端還活著。

3.6 斷開(kāi)連接流程

DISCONNECT 報(bào)文是客戶端發(fā)給服務(wù)端的最后一個(gè)控制報(bào)文，表示客戶端正常斷開(kāi)連接。

?4.MQTT消息QOS

級(jí)別0：最多一次，消息發(fā)送者會(huì)想盡辦法發(fā)送消息，但是遇到意外并不會(huì)重試，這一級(jí)別會(huì)發(fā)生消息丟失。

級(jí)別 1 ：至少一次。消息接收者如果 沒(méi)有知會(huì)或者知會(huì)本身 丟失，消息發(fā)送者會(huì)再次發(fā)送以保證消息接收者至少會(huì)收到一次 ，這一級(jí)別會(huì)保證消息到達(dá)，可能造成消息重復(fù)。

級(jí)別 2 ：恰好一 次，確保消息只有一次到達(dá)。

?

?MQTT發(fā)布消息QoS保證不是端到端的，是客戶端與服務(wù)器之間的。訂閱者收到MQTT消息的QoS級(jí)別，最終取決于發(fā)布消息的QoS和主題訂閱的QoS。

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