MQTT協(xié)議簡(jiǎn)介及協(xié)議原理

來(lái)源：簡(jiǎn)書(shū)   作者：Dg_fc58    時(shí)間：2019.07.27

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議），是一種基于發(fā)布/訂閱（publish/subscribe）模式的“輕量級(jí)”通訊協(xié)議，該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上，由IBM在1999年發(fā)布。MQTT最大優(yōu)點(diǎn)在于，可以以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)。做為一種低開(kāi)銷(xiāo)、低帶寬占用的即時(shí)通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用等方面有較廣泛的應(yīng)用。

1. MQTT協(xié)議特點(diǎn)

MQTT是一個(gè)基于客戶(hù)端-服務(wù)器的消息發(fā)布/訂閱傳輸協(xié)議。MQTT協(xié)議是輕量、簡(jiǎn)單、開(kāi)放和易于實(shí)現(xiàn)的，這些特點(diǎn)使它適用范圍非常廣泛。在很多情況下，包括受限的環(huán)境中，如：機(jī)器與機(jī)器（M2M）通信和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。其在，通過(guò)衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號(hào)的醫(yī)療設(shè)備、智能家居、及一些小型化設(shè)備中已廣泛使用。

MQTT協(xié)議當(dāng)前版本為，2014年發(fā)布的MQTT v3.1.1。除標(biāo)準(zhǔn)版外，還有一個(gè)簡(jiǎn)化版MQTT-SN，該協(xié)議主要針對(duì)嵌入式設(shè)備，這些設(shè)備一般工作于百TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，如：ZigBee。

MQTT協(xié)議運(yùn)行在TCP/IP或其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提供有序、無(wú)損、雙向連接。其特點(diǎn)包括：

1. 使用的發(fā)布/訂閱消息模式，它提供了一對(duì)多消息分發(fā)，以實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用程序的解耦。

2. 對(duì)負(fù)載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸機(jī)制。

3. 對(duì)傳輸消息有三種服務(wù)質(zhì)量（QoS）：

• 最多一次，這一級(jí)別會(huì)發(fā)生消息丟失或重復(fù)，消息發(fā)布依賴(lài)于底層TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。即：<=1

• 至多一次，這一級(jí)別會(huì)確保消息到達(dá)，但消息可能會(huì)重復(fù)。即：>=1

• 只有一次，確保消息只有一次到達(dá)。即：＝1。在一些要求比較嚴(yán)格的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，可以使用此級(jí)別

5. 數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)議交換的最小化（協(xié)議頭部只有2字節(jié)），以減少網(wǎng)絡(luò)流量

6. 通知機(jī)制，異常中斷時(shí)通知傳輸雙方

2. MQTT協(xié)議原理

2.1 MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)方式

• 實(shí)現(xiàn)MQTT協(xié)議需要：客戶(hù)端和服務(wù)器端

• 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(hù)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譃椋?code>主題（Topic）和負(fù)載（payload）兩部分

• 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）

• 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

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸與應(yīng)用消息

MQTT會(huì)構(gòu)建底層網(wǎng)絡(luò)傳輸：它將建立客戶(hù)端到服務(wù)器的連接，提供兩者之間的一個(gè)有序的、無(wú)損的、基于字節(jié)流的雙向傳輸。

當(dāng)應(yīng)用數(shù)據(jù)通過(guò)MQTT網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時(shí)，MQTT會(huì)把與之相關(guān)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）和主題名（Topic）相關(guān)連。

2.3 MQTT客戶(hù)端

一個(gè)使用MQTT協(xié)議的應(yīng)用程序或者設(shè)備，它總是建立到服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接。客戶(hù)端可以：

• 發(fā)布其他客戶(hù)端可能會(huì)訂閱的信息

• 訂閱其它客戶(hù)端發(fā)布的消息

• 退訂或刪除應(yīng)用程序的消息

• 斷開(kāi)與服務(wù)器連接

2.4 MQTT服務(wù)器

MQTT服務(wù)器以稱(chēng)為“消息代理”（Broker），可以是一個(gè)應(yīng)用程序或一臺(tái)設(shè)備。它是位于消息發(fā)布者和訂閱者之間，它可以：

• 接受來(lái)自客戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)連接

• 接受客戶(hù)發(fā)布的應(yīng)用信息

• 處理來(lái)自客戶(hù)端的訂閱和退訂請(qǐng)求

• 向訂閱的客戶(hù)轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用程序消息

2.5 MQTT協(xié)議中的訂閱、主題、會(huì)話

訂閱（Subscription）

訂閱包含主題篩選器（Topic Filter）和最大服務(wù)質(zhì)量（QoS）。訂閱會(huì)與一個(gè)會(huì)話（Session）關(guān)聯(lián)。一個(gè)會(huì)話可以包含多個(gè)訂閱。每一個(gè)會(huì)話中的每個(gè)訂閱都有一個(gè)不同的主題篩選器。

會(huì)話（Session）

每個(gè)客戶(hù)端與服務(wù)器建立連接后就是一個(gè)會(huì)話，客戶(hù)端和服務(wù)器之間有狀態(tài)交互。會(huì)話存在于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間，也可能在客戶(hù)端和服務(wù)器之間跨越多個(gè)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)連接。

主題名（Topic Name）

連接到一個(gè)應(yīng)用程序消息的標(biāo)簽，該標(biāo)簽與服務(wù)器的訂閱相匹配。服務(wù)器會(huì)將消息發(fā)送給訂閱所匹配標(biāo)簽的每個(gè)客戶(hù)端。

主題篩選器（Topic Filter）

一個(gè)對(duì)主題名通配符篩選器，在訂閱表達(dá)式中使用，表示訂閱所匹配到的多個(gè)主題。

負(fù)載（Payload）

消息訂閱者所具體接收的內(nèi)容

2.6 MQTT協(xié)議中的方法

MQTT協(xié)議中定義了一些方法（也被稱(chēng)為動(dòng)作）， 來(lái)于表示對(duì)確定資源所進(jìn)行操作。 這個(gè)資源可以代表預(yù)先存在的數(shù)據(jù)或動(dòng)態(tài)生成數(shù)據(jù)，這取決于服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)。通常來(lái)說(shuō)，資源指服務(wù)器上的文件或輸出。

Connect，等待與服務(wù)器建立連接

Disconnect，等待MQTT客戶(hù)端完成所做的工作，并與服務(wù)器斷開(kāi)TCP/IP會(huì)話

Subscribe，等待完成訂閱

UnSubscribe，等待服務(wù)器取消客戶(hù)端的一個(gè)或多個(gè)topics訂閱

Publish，MQTT客戶(hù)端發(fā)送消息請(qǐng)求，發(fā)送完成后返回應(yīng)用程序線程

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