MQTT协议－MQTT协议解析（MQTT数据包结构）

协议就是通信双方的一个约定，
即，表示第1位传输的什么、第2位传输的什么……。
在MQTT协议中，一个MQTT数据包由：
固定头（Fixed header）、 可变头（Variable header）、 消息体（payload）三部分构成

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

1 MQTT固定头

固定头存在于所有MQTT数据包中，其结构如下：

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
byte 1 MQTT数据包类型 不同类型MQTT数据包的具体标识
byte 2 … 剩余长度

1.1 MQTT数据包类型

位置：byte 1, bits 7-4。
相于一个4位的无符号值，类型如下：

名称 值 流方向 描述
Reserved 0 不可用 保留位
CONNECT 1 客户端到服务器 客户端请求连接到服务器
CONNACK 2 服务器到客户端 连接确认
PUBLISH 3 双向 发布消息
PUBACK 4 双向 发布确认
PUBREC 5 双向 发布收到（保证第1部分到达）
PUBREL 6 双赂 发布释放（保证第2部分到达）
PUBCOMP 7 双向 发布完成（保证第3部分到达）
SUBSCRIBE 8 客户端到服务器 客户端请求订阅
SUBACK 9 服务器到客户端 订阅确认
UNSUBSCRIBE 10 客户端到服务器 请求取消订阅
UNSUBACK 11 服务器到客户端 取消订阅确认
PINGREQ 12 客户端到服务器 PING请求
PINGRESP 13 服务器到客户端 PING应答
DISCONNECT 14 客户端到服务器 中断连接
Reserved 15 不可用 保留位

1.2 标识位

位置：byte 1, bits 3-0。

在不使用标识位的消息类型中，标识位被做为保留位。如果收到无效的标志时，接收端必须关闭网络连接：

数据包 标识位 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0
CONNECT 保留位 0 0 0 0
CONNACK 保留位 0 0 0 0
PUBLISH MQTT 3.1.1使用 DUP1 QoS2 QoS2 RETAIN3
PUBACK 保留位 0 0 0 0
PUBREC 保留位 0 0 0 0
PUBREL 保留位 0 0 0 0
PUBCOMP 保留位 0 0 0 0
SUBSCRIBE 保留位 0 0 0 0
SUBACK 保留位 0 0 0 0
UNSUBSCRIBE 保留位 0 0 0 0
UNSUBACK 保留位 0 0 0 0
PINGREQ 保留位 0 0 0 0
PINGRESP 保留位 0 0 0 0
DISCONNECT 保留位 0 0 0 0
  • DUP：发布消息的副本。用来在保证消息的可靠传输，如果设置为 1，则在下面的变长中增加MessageId，并且需要回复确认，以保证消息传输完成，但不能用于检测消息重复发送。
  • QoS：发布消息的服务质量，即：保证消息传递的次数
    • 00：最多一次，即：<=1
    • 01：至少一次，即：>=1
    • 10：一次，即：=1
    • 11：预留
  • RETAIN： 发布保留标识，表示服务器要保留这次推送的信息，如果有新的订阅者出现，就把这消息推送给它，如果设有那么推送至当前订阅者后释放。

1.3 剩余长度（Remaining Length）

位置：byte 2。

固定头的第二字节用来保存变长头部和消息体的总大小的，但不是直接保存的。这一字节是可以扩展，其保存机制，前7位用于保存长度，后一部用做标识。当最后一位为 1时，表示长度不足，需要使用二个字节继续保存。 例如：计算出后面的大小为0

2 MQTT可变头

MQTT数据包中包含一个可变头，它驻位于固定的头和负载之间。可变头的内容因数据包类型而不同，较常的应用是做为包的标识：

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
byte 1 包标签符（MSB）
byte 2 … 包标签符（LSB）

很多类型数据包中都包括一个2字节的数据包标识字段，这些类型的包有：PUBLISH (QoS > 0)、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK

3 Payload消息体

  • Payload消息体位MQTT数据包的第三部分，CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四种类型的消息 有消息体：

    • CONNECT，消息体内容主要是：客户端的ClientID、订阅的Topic、Message以及用户名和密码。
    • SUBSCRIBE，消息体内容是一系列的要订阅的主题以及QoS。
    • SUBACK，消息体内容是服务器对于SUBSCRIBE所申请的主题及QoS进行确认和回复。
    • UNSUBSCRIBE，消息体内容是要订阅的主题。