MQTT相关知识点
目录
一、简述
二、设计规范
三、MQTT协议原理
3.1 MQTT协议实现方式
3.2 网络传输与应用消息
3.3 MQTT客户端
3.4 MQTT服务器
3.5 MQTT协议中的订阅、主题、会话
3.6 MQTT协议中的方法
四.MQTT脑图
五.体验MQTT
搭建MQTT服务器（Broker）
MQTT客户端
PC客户端
客户端库移植
编译安装
一、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。
补充：
CS架构：客户端与服务器模型
BS架构：网页与服务器模型
P2P架构：point to point 点对点通信模型
MQTT模型：
broker：二倒贩子，只负责搬运消息
二、设计规范
由于物联网的环境是非常特别的，所以MQTT遵循以下设计原则：
- （1）精简，不添加可有可无的功能；
- （2）发布/订阅（Pub/Sub）模式，方便消息在传感器之间传递；
- （3）允许用户动态创建主题，零运维成本；
- （4）把传输量降到最低以提高传输效率；
- （5）把低带宽、高延迟、不稳定的网络等因素考虑在内；
- （6）支持连续的会话控制；
- （7）理解客户端计算能力可能很低；
- （8）提供服务质量管理；
- （9）假设数据不可知，不强求传输数据的类型与格式，保持灵活性。
三、MQTT协议原理
3.1 MQTT协议实现方式
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。
3.2 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。
3.3 MQTT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。
3.4 MQTT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。
3.5 MQTT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。
3.6 MQTT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
注意：QoS：发布消息的服务质量，即：保证消息传递的次数
Ø00：最多一次，即：<=1 Ø01：至少一次，即：>=1 Ø10：一次，即：=1 Ø11：预留
四.MQTT脑图
五.体验MQTT
搭建MQTT服务器（Broker）
tar xf mosquitto-1.6.3.tar.gz
cd mosquitto-1.6.3/
make
sudo make install安装完成后，终端输入mosquitto命令即可运行。端口默认是1883
MQTT客户端
PC客户端
PC客户端测试推荐使用MQTT.fx客户端软件
官网下载地址:
Download – Softblade
http://mqttfx.jensd.de/index.php/download
Client ID是客户端唯一标识（类似与QQ），测试时候注意客户端ID不能一样，否则会出现互顶现象，可使用Generate按钮产生随机ID。
客户端库移植
编译安装
官方下载地址
GitHub - eclipse/paho.mqtt.c at v1.3.0An Eclipse Paho C client library for MQTT for Windows, Linux and MacOS. API documentation: https://eclipse.github.io/paho.mqtt.c/ - GitHub - eclipse/paho.mqtt.c at v1.3.0
https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c/tree/v1.3.0
unzip paho.mqtt.c-1.3.0.zip
cd paho.mqtt.c-1.3.0/
mkdir install(在源码目录新建一个安装目录)
cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr
make
make install //最后错误可以忽略
