MQTT协议浅析和测试

MQTT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，可以以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。

搭建

由于我使用的windows环境（主要是懒哈哈），所以使用mosquitto库，该库的windows搭建很简单，官网下载安装包（官网地址），安装好就行。
唯一存在的问题是,安装好后还缺三个动态库，否则无法工作。我在电脑里搜索，正好电脑里面有。如果没有可以百度下载。

搭建成功

一 打开服务 mosquitto.exe

二 开启一个订阅客户端mosquitto_sub

三 开启一个发布客户端 mosquitto_pub

四 订阅客户端接收到数据，成功

MQTT协议测试

MQTT协议参考此处（参考）

总体

MQTT格式由1字节的固定报头，1到4字节的可变长剩余长度，N字节的可变报头以及N字节的有效载荷构成。 固定报头和剩余长度为必须存在的。

剩余长度编码

它将一个字节划分为延续位和有效位，延续位为最高位，当延续位为1 代表长度大于等于128，后面的字节为共有多少个128.。
而有效位由于只有7位只能表示127个数据。故它为 N* 128+有效位
如：
0000 0010（b）表示为长度2
1000 0000 0000 0010（b）表示为长度128 * 2+0
1000 0001 0111 1111（b） 表示为长度 1+128 * 127
三字节，四字节同理

一 连接请求

连接标志

清理会话 Clean Session

这个二进制位指定了会话状态的处理方式。置为0，可以简单理解为，若连接关闭后进行连接，服务器能保留之前的会话状态和未收到的QOS0的订阅消息。（具体查看参考）

遗嘱标志 Will Flag

设置为1，可以理解为，当连接断开后，服务会发布该遗嘱消息。。。。当然在DISCONNECT报文中可以删除这个遗嘱消息

遗嘱QoS Will QoS

设置遗嘱的QOS 当置为0时候 QOS必须为0,当置为1时候， QOS可以为0 1 2

用户名标志 User Name Flag

置为1则有效载荷中必须有用户名

密码标志 Password Flag

置为1则有效载荷中必须有密码，用户名为0 则密码必须为0

有效载荷

有效载荷必须按这个顺序出现：客户端标识符，遗嘱主题，遗嘱消息，用户名，密码 ，客户端标识符为必须有，其他可以不存在
字段结构

客户端标识符 ClientId

客户端标识符 (ClientId) 必须存在而且必须是CONNECT报文有效载荷的第一个字段。
服务端使用客户端标识符 (ClientId) 识别客户端。连接服务端的每个客户端都有唯一的客户端标识符（ClientId）。客户端和服务端都必须使用ClientId识别两者之间的MQTT会话相关的状态

连接响应

当前会话标志

如果服务端收到清理会话（CleanSession）标志为1的连接，则当前会话置零
如果服务端收到一个CleanSession为0的连接，如果服务端已经保存了会话状态，则当前会话标志设置为1 。如果服务端没有已保存的会话状态，则当前会话设置为0。
如果服务端发送了一个包含非零返回码的CONNACK报文，它必须将当前会话标志设置为0

连接返回码

如果认为上表中的所有连接返回码都不太合适，那么服务端必须关闭网络连接，不需要发送

测试连接

断开连接

发送断开连接报文，将不会发送遗嘱。

测试断开连接

没有响应报文

心跳请求

心跳响应

订阅请求

报文标识符

一个两字节的非零报文标识符字段，高位（MSB）低位（LSB）用于标识报文是新的控制报文还是重发的控制报文。

主题过滤器

由订阅主题长度和主题构成，订阅主题长度共两字节，比如 订阅 “test” 则 ‘0’ ‘4’ ‘t’ ‘e’ ‘s’ 't’

服务器质量要求

决定订阅主题的QOS，主题过滤器＋服务质量为一个组，一个报文可以由多个组，也就是一个报文可以订阅多个主题。

订阅响应

有效载荷

返回各个主题的最大QOS，一个主题占用一个字节

测试订阅

订阅tiemo 和小哥 两个主题的请求报文

订阅tiemo 和小哥 两个主题的响应报文

取消订阅请求

参考订阅请求

取消订阅响应

发布请求

重发标志

如置为0，表示这是第一次发送。如果设置为1，表示是重发。

服务质量等级QOS

0:只发一次，不能保证订阅者一定能收到这次的发布消息
1:至少发一次，保证订阅者一定能收到这次发布，但不保证收到多次重复发布消息
2：保证收到且为唯一一次。（损耗性能）

保留标志RETAIN

置为1，服务器将保留存储发布的消息和QOS，当有新的订阅时候，服务器将主动发送该消息。

注意

发布报文不支持发送多组主题的消息，所以有效载荷数据为该主题对应的消息，消息长度为剩余长度减去可变报头长度。

发布响应（QOS1）

对于QOS为0的发布报文，是没有响应报文的，类似于UDP。

发布收到1（QOS2）

发布释放2（QOS2）

发布完成3（QOS2）

测试发布