通过node-red实现mqtt通讯

1 MQTT通讯协议

1.1概念

  MQTT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，MQTT最大优点在于，可带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。

1.2实现方式

  实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。MQTT传输的消息分为主题（Topic）和负载（payload）两部分：

• （1）Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息内容（payload）；
• （2）payload，可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。

网络传输与应用消息：
  MQTT会构建底层网络传输：它将建立客户端到服务器的连接，提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。
  当应用数据通过MQTT网络发送时，MQTT会把与之相关的服务质量（QoS）和主题名（Topic）相关连。

1.3MQTT客户端

  一个使用MQTT协议的应用程序或者设备，它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以：
（1）发布其他客户端可能会订阅的信息；
（2）订阅其它客户端发布的消息；
（3）退订或删除应用程序的消息；
（4）断开与服务器连接。

1.4MQTT服务器

  MQTT服务器以称为"消息代理"（Broker），可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间，它可以：
（1）接受来自客户的网络连接；
（2）接受客户发布的应用信息；
（3）处理来自客户端的订阅和退订请求；
（4）向订阅的客户转发应用程序消息。

1.5MQTT协议中的订阅、主题、会话

一、订阅（Subscription）
  订阅包含主题筛选器（Topic Filter）和最大服务质量（QoS）。订阅会与一个会话（Session）关联。一个会话可以包含多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。
二、会话（Session）
  每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话，客户端和服务器之间有状态交互。会话存在于一个网络之间，也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。
三、主题名（Topic Name）
  连接到一个应用程序消息的标签，该标签与服务器的订阅相匹配。服务器会将消息发送给订阅所匹配标签的每个客户端。
四、主题筛选器（Topic Filter）
  一个对主题名通配符筛选器，在订阅表达式中使用，表示订阅所匹配到的多个主题。
五、负载（Payload）
消息订阅者所具体接收的内容。

1.6MQTT协议中的方法

  MQTT协议中定义了一些方法（也被称为动作），来于表示对确定资源所进行操作。这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据，这取决于服务器的实现。通常来说，资源指服务器上的文件或输出。主要方法有：
（1）Connect。等待与服务器建立连接。
（2）Disconnect。等待MQTT客户端完成所做的工作，并与服务器断开TCP/IP会话。
（3）Subscribe。等待完成订阅。
（4）UnSubscribe。等待服务器取消客户端的一个或多个topics订阅。
（5）Publish。MQTT客户端发送消息请求，发送完成后返回应用程序线程。

1.7MQTT协议数据包结构

  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数据包结构如下：
（1）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。
（2）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。
（3）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。

1.8 MQTT订阅主题

  客户端向服务器发送SUBSCRIBE报文用于创建一个或多个订阅。
  在服务器中，会记录这个客户关注的一个或者多个主题，当服务器收到这些主题的PUBLISH报文的时候，将分发应用消息到与之匹配的客户端中。
  SUBSCRIBE报文支持通配符，也为每个订阅指定了最大的QoS等级，服务器根据这些信息分发应用消息给客户端。
  SUBSCRIBE报文拥有固定报头、可变报头、有效载荷。
  当服务器收到客户端发送的一个SUBSCRIBE报文时，必须向客户端发送一个SUBACK报文响应，同时SUBACK报文必须和等待确认的SUBSCRIBE报文有相同的报文标识符。
  如果服务器收到一个SUBSCRIBE报文，报文的主题过滤器与一个现存订阅的主题过滤器相同，那么必须使用新的订阅彻底替换现存的订阅。新订阅的主题过滤器和之前订阅的相同，但是它的最大QoS值可以不同。与这个主题过滤器匹配的任何现存的保留消息必须被重发，但是发布流程不能中断。

1.9服务质量等级 QoS

  QoS的值表示应用消息分发的服务质量等级保证，在不同的服务质量等级中，PUBLISH控制报文的处理方式也是不同的，而且PUBLISH报文的接收者（可以是服务器，也可以是客户端）必须按照根据PUBLISH报文中的QoS等级发送对应的应答报文。

  MQTT按照这里定义的服务质量 (QoS) 等级分发应用消息。服务器分发应用消息给多个客户端（订阅者）时，每个客户端独立处理。从发布者发布消息到接受者，分发的消息服务质量可能是不同的，这取决于订阅者订阅主题时指定的服务质量等级。而对于发布者而言，发布消息时就指定了服务质量等级。
参考文章：link.

2 mosquitto

2.1概念

  Mosquitto是一款实现了消息推送协议MQTT 3.1的开源消息代理软件，提供轻量级的、支持可订阅/可发布的消息推送模式，是设备与设备之间的短消息通信变得简单，广泛应用于低功耗传感器、手机（app消息推送是场景之一）、嵌入式电脑、微型控制器等移动设备。
  MQTT的协议内容有很多，其中一个一定要知道，就是“消息发布服务质量”，只有三个值分别是：
QoS 0：“至多一次”，消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。
QoS 1：“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。
QoS 2：“只有一次”，确保消息到达一次。这一级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。

2.2安装过程（☆）

下载路径：https://mosquitto.org/download

  打开三个命令行终端，一个是用于打开服务器，一个是订阅客户端，一个是发布者客户端；
最终经过以上步骤，实现了两个客户端之间的通信。

• 启动mosquitto 进行测试:mosquitto.exe -c mosquitto.conf

• 然后启动第二个cmd窗口订阅:'dissun/topic’主题（其中dissun是账号，111111是密码）：mosquitto_sub -u dissun -P 111111 -t ‘dissun/topic’ -v
  这里的-u，-p是账号密码，也可以不设置。
  

• 最后启动第三个cmd窗口发布订阅’腰疼不加班’信息：mosquitto_pub -u dissun -P 111111 -t ‘dissun/topic’ -m ‘腰疼不加班’。
  

参考链接：https://www.cnblogs.com/dissun/p/10505007.html
https://blog.csdn.net/sxpsxp12/article/details/77870109
tips：
以下图片是红框是每个命令符号的意思

• 有时候比如说设置一个账号密码，需要打开红框文件夹，然后在里面的账号密码把井号删除。
  

  账号密码在conf文件里设置，才能在这里面输入，这里的输入账号密码是输入账号密码的内容是什么。
而刚才的命令行的账号密码，显示的就是这里。

3 在node-red上搭建流，在本地实现MQTT通讯（☆）

• 通过cmd窗口命令行终端启动服务；
  
    如果不确定是否连上，可以先打开三个终端界面，进行消息的订阅和发布，看看是否成功挂起来。连接成功以后，打开node-red。然后在node-red里边建立MQTT通讯协议。
  
    mqtt通讯分为mqtt in和mqtt out,在连接mqtt in和mqtt out 的信息要对应准确。如果要是和别的主机相连，绿框的地址要配置别的主机的地址。如果要是本机相互传递消息，就都填写本机的IP地址。端口号也要对好奥！
  
    连接好以后，就可以把要发送的内容输入得到订阅的信息。