MQTT教程（一）：MQTT简介

什么是MQTT

MQTT是一个客户端服务端架构的发布/订阅模式的消息传输协议。

一、MQTT是一个协议

协议意味着同http协议、https协议、tcp协议等协议一样，MQTT只是一个规范，这个规范告诉你在限定的框架下如何实现特定的功能。

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二、MQTT的架构是C-S(client-server)

MQTT是介于客户端和服务端之间进行交互的协议。说的更具体一点，两者在MQTT协议中的定义如下：

客户端 Client

使用MQTT的程序或设备。客户端总是通过网络连接到服务端。它可以

• 发布应用消息给其它相关的客户端。
• 订阅以请求接受相关的应用消息。
• 取消订阅以移除接受应用消息的请求。
• 从服务端断开连接。

服务端 Server

一个程序或设备，作为发送消息的客户端和请求订阅的客户端之间的中介。服务端

• 接受来自客户端的网络连接。
• 接受客户端发布的应用消息。
• 处理客户端的订阅和取消订阅请求。
• 转发应用消息给符合条件的已订阅客户端。

三、MQTT的模式是发布/订阅

MQTT的模式是发布和订阅，也就是这个协议想要实现的主要功能。发布可以是客户端也可以是服务端，但最终都需要在服务端进行转发。订阅是客户端发起。其相关的定义如下：

订阅 Subscription

订阅包含一个主题过滤器（Topic Filter）和一个最大的服务质量（QoS）等级。订阅与单个会话（Session）关联。会话可以包含多于一个的订阅。会话的每个订阅都有一个不同的主题过滤器。

主题名 Topic Name

附加在应用消息上的一个标签，服务端已知且与订阅匹配。服务端发送应用消息的一个副本给每一个匹配的客户端订阅。

主题过滤器 Topic Filter

订阅中包含的一个表达式，用于表示相关的一个或多个主题。主题过滤器可以使用通配符。

会话 Session

客户端和服务端之间的状态交互。一些会话持续时长与网络连接一样，另一些可以在客户端和服务端的多个连续网络连接间扩展。

控制报文 MQTT Control Packet

通过网络连接发送的信息数据包。MQTT规范定义了十四种不同类型的控制报文，其中一个（PUBLISH报文）用于传输应用消息。

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MQTT的消息传输机制的实现

一、什么是控制报文

控制报文本质是信息数据包，客户端和服务端从报文中的信息来进行通信，从而进行各种不同的操作。MQTT协议处于五层模型中的应用层，其底层基础是TCP/IP，使用socket编程实现报文的编辑、发送等。

二、控制报文的结构

控制报文的结构：

控制报文的结构

其中：

• 固定报头是所有报文都存在
• 可变报头和负载部分存在
• 可变报头包含的是各中不同类型消息中的个性化部分（具体先下一章节）

控制报文的表现形式：

控制报文的数据结构

控制报文的类型：

位置：第1个字节，二进制位7-4。
类型：表示为4位无符号值，MQTT定义了0-15的16种控制报文的类型：

名字	值	报文流动方向	描述
Reserved	0	禁止	保留
CONNECT	1	客户端到服务端	客户端请求连接服务端
CONNACK	2	服务端到客户端	连接报文确认
PUBLISH	3	两个方向都允许	发布消息
PUBACK	4	两个方向都允许	QoS 1消息发布收到确认
PUBREC	5	两个方向都允许	发布收到（保证交付第一步）
PUBREL	6	两个方向都允许	发布释放（保证交付第二步）
PUBCOMP	7	两个方向都允许	QoS 2消息发布完成（保证交互第三步）
SUBSCRIBE	8	客户端到服务端	客户端订阅请求
SUBACK	9	服务端到客户端	订阅请求报文确认
UNSUBSCRIBE	10	客户端到服务端	客户端取消订阅请求
UNSUBACK	11	服务端到客户端	取消订阅报文确认
PINGREQ	12	客户端到服务端	心跳请求
PINGRESP	13	服务端到客户端	心跳响应
DISCONNECT	14	客户端到服务端	客户端断开连接
Reserved	15	禁止	保留

控制报文的标志

位置：固定报头第1个字节的剩余的4位 [3-0]
类型：任何标记为“保留”的标志位，都是保留给以后使用的，必须设置为表格中列出的值。如果收到非法的标志，接收者必须关闭网络连接。有关错误处理的详细信息见 4.8节，固定值如下：

控制报文标志

备注：再次提醒：任何标记为“保留(Reserved)”的标志位，都是保留给以后使用的，必须设置为表格中列出的值。如果收到非法的标志，接收者必须关闭网络连接。

总结：

1. MQTT报文大致分为固定报头、可变报头、负载三部分；
2. 固定报头用来表示MQTT报文的类型，可变报头来表示对应类型中的一些必要信息，负载部分用来表示具体的数据；
3. 固定报头分为类型和标志两部分，类型通过0-15的值来表示报文类型，标志位为固定值，每种类型的标志位都是一样的；