MQTT通信协议(mosquitto)在Linux上的环境构建与测试

一、MQTT简介

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简述

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，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。

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。

通信模式

服务器端： MQTT服务器非常多，如apache的ActiveMQ，emtqqd，HiveMQ，Emitter，Mosquitto，Moquette等等，我们主要研究Mosquitto。图一的Broker和图二的“代理”都属于服务器端，负责处理客户端的网络连接和订阅等请求。
客户端： Publisher和Subscriber都属于客户端，连接服务器端进行发布/订阅消息。
  从上面图片可以看到，topic可以理解成主题/消息类型，payload可以理解为消息内容。那么从图二就可以很容易理解它的通信模式。订阅者先是订阅了topic主题的消息，而当发布端发布了topic主题的消息payload就会经过代理（服务器端）的“筛选”转发给匹配的topic的订阅者。

二、Ubuntu搭建mosquitto方式一(apt-get命令安装）

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可以主机安装也可以虚拟机，本人使用的是VMware虚拟机的方式，Ubuntu版本为18.04

1、安装服务器端

sudo apt-get install mosquitto

完成安装后，服务器就搭建好了，系统会自动运行mosquitto，默认端口为1883。

2、安装客户端

前面服务器端搭建好了，但是客户端还没有安装。这一步是可选的，如果需要在终端上测试MQTT订阅/发布的通信就需要执行这一步，这里我们也安装上去才有后续的这些测试。

sudo apt install mosquitto-clients

3、查看运行状态

sudo systemctl status mosquitto

4、重启服务器程序

查看运行进程号：ps -aux | grep mosquitto
执行命令杀死进程：kill -9 进程号
启动：mosquitto -v
-v 详细模式——启用所有日志记录类型。
关于启动参数：可以通过 --help 查看

lk@LK-PC:~/CODES/pubsubDemo$ mosquitto --help
mosquitto version 1.6.10

mosquitto is an MQTT v3.1.1 broker.

Usage: mosquitto [-c config_file] [-d] [-h] [-p port]

 -c : specify the broker config file.
 -d : put the broker into the background after starting.
 -h : display this help.
 -p : start the broker listening on the specified port.
      Not recommended in conjunction with the -c option.
 -v : verbose mode - enable all logging types. This overrides
      any logging options given in the config file.
See http://mosquitto.org/ for more information.

5、测试（默认配置）

首先打开三个终端，
1、启动代理服务：mosquitto -v
      -v 详细模式 打印调试信息
2、订阅主题：mosquitto_sub -v -t hello
      -t 指定订阅的主题，主题为：hello
      -v 详细模式 打印调试信息
3、发布内容：mosquitto_pub -t hello -m world
      -t 指定订阅的主题，主题为：hello
      -m 指定发布的消息的内容
具体运行效果如下图：

当发布者推送消息之后，订阅者获得其订阅的主题的内容，而代理服务器控制台中会出现——连接、消息发布和心跳等调试信息。通过代理服务器的调试输出可以对MQTT协议的相关过程有所了解。

三、Ubuntu搭建mosquitto方式二(下载源码编译）

1、安装mosquitto所需要依赖

sudo apt-get install libssl-dev
sudo apt-get install uuid-dev
sudo apt-get install cmake

2、下载源码包

wget http://mosquitto.org/files/source/mosquitto-1.6.10.tar.gz

或者直接点击链接下载：下载链接

3、解压源码

tar -zxvf mosquitto-1.6.10.tar.gz

进入源码目录：

cd mosquitto-1.6.10/

4、编译与安装源码

make
sudo make install

可能遇到的问题：

【1】编译找不到openssl/ssl.h
【解决方法】——安装openssl

sudo apt-get install libssl-dev

【2】编译过程g++命令未找到：

sudo apt-get install g++

【3】编译过程找不到ares.h

sudo apt-get install libc-ares-dev

【4】编译过程找不到uuid/uuid.h

sudo apt-get install uuid-dev

【5】使用过程中找不到libmosquitto.so.1
error while loading shared libraries: libmosquitto.so.1: cannot open shared object file: No such file or directory
【解决方法】——修改libmosquitto.so位置
创建链接

sudo ln -s /usr/local/lib/libmosquitto.so.1 /usr/lib/libmosquitto.so.1

更新动态链接库

sudo ldconfig

5、测试

首先打开三个终端，
1、启动代理服务：mosquitto -v
      -v 详细模式 打印调试信息
2、订阅主题：mosquitto_sub -v -t hello
      -t 指定订阅的主题，主题为：hello
      -v 详细模式 打印调试信息
3、发布内容：mosquitto_pub -t hello -m world
      -t 指定订阅的主题，主题为：hello
      -m 指定发布的消息的内容

上面使用的都是默认配置，如需修改服务器的配置信息需要修改：
mosquitto源码目录下的配置文件mosquitto.conf 或者/etc/mosquitto/mosquitto.conf文件
在启动服务器时使用命令：mosquitto -c mosquitto.conf -d(在mosquitto安装目录下)

通过源码下载编译安装，会生成一些供我们使用的测试程序和动态库，用来我们自己进行开发使用。

附录

如何利用MQTT一次订阅多个主题
mosquitto.con配置文件详解：

# =================================================================
 
# General configuration
 
# =================================================================
 
# 客户端心跳的间隔时间
 
#retry_interval 20
 
# 系统状态的刷新时间
 
#sys_interval 10
 
# 系统资源的回收时间，0表示尽快处理
 
#store_clean_interval 10
 
# 服务进程的PID
 
#pid_file /var/run/mosquitto.pid
 
# 服务进程的系统用户
 
#user mosquitto
 
# 客户端心跳消息的最大并发数
 
#max_inflight_messages 10
 
# 客户端心跳消息缓存队列
 
#max_queued_messages 100
 
# 用于设置客户端长连接的过期时间，默认永不过期
 
#persistent_client_expiration
 
# =================================================================
 
# Default listener
 
# =================================================================
 
# 服务绑定的IP地址
 
#bind_address
 
# 服务绑定的端口号
 
#port 1883
 
# 允许的最大连接数，-1表示没有限制
 
#max_connections -1
 
# cafile：CA证书文件
 
# capath：CA证书目录
 
# certfile：PEM证书文件
 
# keyfile：PEM密钥文件
 
#cafile
 
#capath
 
#certfile
 
#keyfile
 
# 必须提供证书以保证数据安全性
 
#require_certificate false
 
# 若require_certificate值为true，use_identity_as_username也必须为true
 
#use_identity_as_username false
 
# 启用PSK（Pre-shared-key）支持
 
#psk_hint
 
# SSL/TSL加密算法，可以使用“openssl ciphers”命令获取
 
# as the output of that command.
 
#ciphers
 
# =================================================================
 
# Persistence
 
# =================================================================
 
# 消息自动保存的间隔时间
 
#autosave_interval 1800
 
# 消息自动保存功能的开关
 
#autosave_on_changes false
 
# 持久化功能的开关
 
persistence true
 
# 持久化DB文件
 
#persistence_file mosquitto.db
 
# 持久化DB文件目录
 
#persistence_location /var/lib/mosquitto/
 
# =================================================================
 
# Logging
 
# =================================================================
 
# 4种日志模式：stdout、stderr、syslog、topic
 
# none 则表示不记日志，此配置可以提升些许性能
 
log_dest none
 
# 选择日志的级别（可设置多项）
 
#log_type error
 
#log_type warning
 
#log_type notice
 
#log_type information
 
# 是否记录客户端连接信息
 
#connection_messages true
 
# 是否记录日志时间
 
#log_timestamp true
 
# =================================================================
 
# Security
 
# =================================================================
 
# 客户端ID的前缀限制，可用于保证安全性
 
#clientid_prefixes
 
# 允许匿名用户
 
#allow_anonymous true
 
# 用户/密码文件，默认格式：username:password
 
#password_file
 
# PSK格式密码文件，默认格式：identity:key
 
#psk_file
 
# pattern write sensor/%u/data
 
# ACL权限配置，常用语法如下：
 
# 用户限制：user 
 
# 话题限制：topic [read|write] 
 
# 正则限制：pattern write sensor/%u/data
 
#acl_file
 
# =================================================================
 
# Bridges
 
# =================================================================
 
# 允许服务之间使用“桥接”模式（可用于分布式部署）
 
#connection 
 
#address [:]
 
#topic  [[[out | in | both] qos-level] local-prefix remote-prefix]
 
# 设置桥接的客户端ID
 
#clientid
 
# 桥接断开时，是否清除远程服务器中的消息
 
#cleansession false
 
# 是否发布桥接的状态信息
 
#notifications true
 
# 设置桥接模式下，消息将会发布到的话题地址
 
# $SYS/broker/connection//state
 
#notification_topic
 
# 设置桥接的keepalive数值
 
#keepalive_interval 60
 
# 桥接模式，目前有三种：automatic、lazy、once
 
#start_type automatic
 
# 桥接模式automatic的超时时间
 
#restart_timeout 30
 
# 桥接模式lazy的超时时间
 
#idle_timeout 60
 
# 桥接客户端的用户名
 
#username
 
# 桥接客户端的密码
 
#password
 
# bridge_cafile：桥接客户端的CA证书文件
 
# bridge_capath：桥接客户端的CA证书目录
 
# bridge_certfile：桥接客户端的PEM证书文件
 
# bridge_keyfile：桥接客户端的PEM密钥文件
 
#bridge_cafile
 
#bridge_capath
 
#bridge_certfile
 
#bridge_keyfile