mqtt协议介绍
mqtt协议
1 MQTT协议特点
发布和订阅
QoS（Quality of Service levels）
2 MQTT 数据包结构
2.1 MQTT固定头
2.2 MQTT可变头 / Variable header
2.3 Payload消息体
mqtt协议
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是⼀种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。
MQTT最⼤优点在于，⽤极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。
作为⼀种低开销、低带宽占⽤的即时通讯协议，使其在物联⽹、⼩型设备、移动应⽤等⽅⾯有较⼴泛的应⽤。
1 MQTT协议特点
MQTT是⼀个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。
MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适⽤范围⾮常⼴泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联⽹（IoT）。
其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及⼀些⼩型化设备中已⼴泛使⽤。
MQTT协议当前版本为，2014年发布的MQTT v3.1.1。除标准版外，还有⼀个简化版MQTT-SN，该协议主要针对嵌⼊式设备，这些设备⼀般⼯作于TCP/IP⽹络，如：ZigBee。
MQTT 与 HTTP ⼀样，MQTT 运⾏在传输控制协议/互联⽹协议 (TCP/IP) 堆栈之上。
MQTT OSI
发布和订阅
MQTT使⽤的发布/订阅消息模式，它提供了⼀对多的消息分发机制，从⽽实现与应⽤程序的解耦。
这是⼀种消息传递模式，消息不是直接从发送器发送到接收器（即点对点），⽽是由MQTT server（或称为 MQTT Broker）分发的。
MQTT 服务器是发布-订阅架构的核⼼。
它可以⾮常简单地在Raspberry Pi或NAS等单板计算机上实现，当然也可以在⼤型机或 Internet 服务器上实现。
服务器分发消息，因此必须是发布者，但绝不是订阅者！
客户端可以发布消息（发送⽅）、订阅消息（接收⽅）或两者兼⽽有之。
客户端（也称为节点）是⼀种智能设备，如微控制器或具有 TCP/IP 堆栈和实现 MQTT 协议的软件的计算机。
消息在允许过滤的主题下发布。主题是分层划分的 UTF-8 字符串。不同的主题级别⽤斜杠/作为分隔符号。
我们来看看下⾯的设置。
光伏发电站是发布者（Publisher）。
主要主题（Topic）级别是"PV"，这个⼯⼚发布两个⼦级别"sunshine"和"data"；
"PV/sunshine"是⼀个布尔值（true/false，也可以是 1/0），充电站需要它来知道是否应该装载电动汽车（仅在阳光普照时 :)）。
充电站（EVSE）是订阅者，订阅"PV/sunshine"从服务器获取信息。
"PV/data" 另⼀⽅⾯，以 kW 为单位传输⼯⼚产⽣的瞬时功率，并且该主题可以例如通过计算机或平板电脑订阅，以⽣成⼀天内传输功率的图表。
这就是⼀个简单的MQTT的应⽤场景，具体如下图所⽰；
MQTT 发布和订阅
QoS（Quality of Service levels）
服务质量是 MQTT 的⼀个重要特性。当我们使⽤ TCP/IP 时，连接已经在⼀定程度上受到保护。但是在⽆线⽹络中，中断和⼲扰很频繁，MQTT 在这⾥帮助避免信息丢失及其服务质量⽔平。这些级别在发布时使⽤。如果客户端发布到 MQTT 服务器，则客户端将是发送者，MQTT 服务器将是接收者。当MQTT服务器向客户端发布消息时，服务器是发送者，客户端是接收者。
QoS  0
这⼀级别会发⽣消息丢失或重复，消息发布依赖于底层TCP/IP⽹络。即：<=1
QoS  1
QoS 1 承诺消息将⾄少传送⼀次给订阅者。
QoS  2
使⽤ QoS 2，我们保证消息仅传送到⽬的地⼀次。为此，带有唯⼀消息 ID 的消息会存储两次，⾸先来⾃发送者，然后是接收者。QoS 级别 2 在⽹络中具有最⾼的开销，因为在发送⽅和接收⽅之间需要两个流。
2 MQTT 数据包结构
固定头（Fixed header），存在于所有MQTT数据包中，表⽰数据包类型及数据包的分组类标识；
可变头（Variable header），存在于部分MQTT数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容；
消息体（Payload），存在于部分MQTT数据包中，表⽰客户端收到的具体内容；
整体MQTT的消息格式如下图所⽰；
开源mqtt服务器
2.1 MQTT固定头
固定头存在于所有MQTT数据包中，其结构如下：
下⾯简单分析⼀下固定头的消息格式；
MQTT消息类型 / message type
**位置：**byte 1, bits 7-4。
4位的⽆符号值，类型如下：
名称值流⽅向描述Reserved0不可⽤保留位
CONNECT1客户端到服务器客户端请求连接到服务器
CONNACK2服务器到客户端连接确认
PUBLISH3双向发布消息
PUBACK4双向发布确认
PUBREC5双向发布收到（保证第1部分到达）
PUBREL6双向发布释放（保证第2部分到达）
PUBCOMP7双向发布完成（保证第3部分到达）SUBSCRIBE8客户端到服务器客户端请求订阅
SUBACK9服务器到客户端订阅确认UNSUBSCRIBE10客户端到服务器请求取消订阅
UNSUBACK11服务器到客户端取消订阅确认

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