什么是MQTT

MQTT是一个客户端服务端架构的发布/订阅模式的消息传输协议。

一、MQTT是一个协议

协议意味着同http协议、https协议、tcp协议等协议一样,MQTT只是一个规范,这个规范告诉你在限定的框架下如何实现特定的功能。


二、MQTT的架构是C-S(client-server)

MQTT是介于客户端和服务端之间进行交互的协议。说的更具体一点,两者在MQTT协议中的定义如下:

客户端 Client

使用MQTT的程序或设备。客户端总是通过网络连接到服务端。它可以

服务端 Server

一个程序或设备,作为发送消息的客户端和请求订阅的客户端之间的中介。服务端

三、MQTT的模式是发布/订阅

MQTT的模式是发布和订阅,也就是这个协议想要实现的主要功能。发布可以是客户端也可以是服务端,但最终都需要在服务端进行转发。订阅是客户端发起。其相关的定义如下:

订阅 Subscription

订阅包含一个主题过滤器(Topic Filter)和一个最大的服务质量(QoS)等级。订阅与单个会话(Session)关联。会话可以包含多于一个的订阅。会话的每个订阅都有一个不同的主题过滤器。

主题名 Topic Name

附加在应用消息上的一个标签,服务端已知且与订阅匹配。服务端发送应用消息的一个副本给每一个匹配的客户端订阅。

主题过滤器 Topic Filter

订阅中包含的一个表达式,用于表示相关的一个或多个主题。主题过滤器可以使用通配符。

会话 Session

客户端和服务端之间的状态交互。一些会话持续时长与网络连接一样,另一些可以在客户端和服务端的多个连续网络连接间扩展。

控制报文 MQTT Control Packet

通过网络连接发送的信息数据包。MQTT规范定义了十四种不同类型的控制报文,其中一个(PUBLISH报文)用于传输应用消息。


MQTT的消息传输机制的实现

一、什么是控制报文

控制报文本质是信息数据包,客户端和服务端从报文中的信息来进行通信,从而进行各种不同的操作。MQTT协议处于五层模型中的应用层,其底层基础是TCP/IP,使用socket编程实现报文的编辑、发送等。

二、控制报文的结构

控制报文的结构:
MQTT教程(一):MQTT简介
控制报文的结构

其中:

控制报文的表现形式:
MQTT教程(一):MQTT简介
控制报文的数据结构
控制报文的类型:

位置:第1个字节,二进制位7-4。
类型:表示为4位无符号值,MQTT定义了0-15的16种控制报文的类型:

名字 报文流动方向 描述
Reserved 0 禁止 保留
CONNECT 1 客户端到服务端 客户端请求连接服务端
CONNACK 2 服务端到客户端 连接报文确认
PUBLISH 3 两个方向都允许 发布消息
PUBACK 4 两个方向都允许 QoS 1消息发布收到确认
PUBREC 5 两个方向都允许 发布收到(保证交付第一步)
PUBREL 6 两个方向都允许 发布释放(保证交付第二步)
PUBCOMP 7 两个方向都允许 QoS 2消息发布完成(保证交互第三步)
SUBSCRIBE 8 客户端到服务端 客户端订阅请求
SUBACK 9 服务端到客户端 订阅请求报文确认
UNSUBSCRIBE 10 客户端到服务端 客户端取消订阅请求
UNSUBACK 11 服务端到客户端 取消订阅报文确认
PINGREQ 12 客户端到服务端 心跳请求
PINGRESP 13 服务端到客户端 心跳响应
DISCONNECT 14 客户端到服务端 客户端断开连接
Reserved 15 禁止 保留
控制报文的标志

位置:固定报头第1个字节的剩余的4位 [3-0]
类型:任何标记为“保留”的标志位,都是保留给以后使用的,必须设置为表格中列出的值。如果收到非法的标志,接收者必须关闭网络连接。有关错误处理的详细信息见 4.8节,固定值如下:

MQTT教程(一):MQTT简介
控制报文标志

备注:再次提醒:任何标记为“保留(Reserved)”的标志位,都是保留给以后使用的,必须设置为表格中列出的值。如果收到非法的标志,接收者必须关闭网络连接。

总结:

  1. MQTT报文大致分为固定报头、可变报头、负载三部分;
  2. 固定报头用来表示MQTT报文的类型,可变报头来表示对应类型中的一些必要信息,负载部分用来表示具体的数据;
  3. 固定报头分为类型和标志两部分,类型通过0-15的值来表示报文类型,标志位为固定值,每种类型的标志位都是一样的;