物联网平台通信协议之 MQTT 协议

物联网平台通信协议之 MQTT 协议

MQTT 概述

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。
其设计思想是轻巧、开放、简单、规范，因此易于使用和开发。
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 特点如下：

序号	特点
1	使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合。不用单独推送给某个用户，只需要用户订阅，就能同时发送给多个用户。
2	消息传输不需要知道负载内容（基于主题）。
3	有三种消息发布服务质量，可粗略理解为：“至多一次”、“至少一次”和只有一次。
4	“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。若当时设备未连接网络，未收到推送，则下次联网也不会收到之前丢失的数据。
5	“至少一次”：确保消息到达，但消息重复可能会发生。
6	“只有一次”：确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别。在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送，确保用户能收到且只会收到这一次。
7	小型传输，开销很小，协议交换最小化，以降低网络流量。
8	异常连接断开发生时，能通知到 各方相关。

MQTT 数据格式

MQTT 数据包包括了固定头、可变头和消息体。

• 固定头：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；
• 可变头：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；
• 消息体：存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到的具体内容；

bit	7	6	5	4	3	2	1	0
byte 1	消息类型				DUP	Qos Level		RET
byte 2	剩余字节长度
byte 3 ~ n	可变头
byte n+1 ~ m	消 息 体

上表中粗略展示了 MQTT 协议的数据包结构，其中：

• MQTT消息类型 / message type ：属于固定头，位置是 byte 1 的 bit 7-4，4位的无符号值。

• 标识位 / DUP：发布消息的副本。用来在保证消息的可靠传输，如果设置为 1 ，则在下面的变长中增加 MessageId ，并且需要回复确认，以保证消息传输完成，但不能用于检测消息重复发送。

• QoS Level/发布消息的服务质量：也就是上述 MQTT 特点中的三种消息发布质量。

• RET ：发布保留标识，表示服务器要保留这次推送的信息，如果有新的订阅者出现，就把这消息推送给它，如果设有那么推送至当前订阅者后释放。

• 剩余长度：固定头的第二字节，用于保存变长头部和消息体的总大小的，但不是直接保存的。这一字节是可以扩展的，其保存机制为：前 7 位用于保存长度，后一部分用做标识。当最后一位为 1 时，则表示长度不足，需要使用二个字节继续保存。

• 可变头：可变头的内容因数据包类型而不同，较常的应用是做为包的标识。

• 消息体：消息体是MQTT数据包的第三部分，CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四种类型的消息 有消息体：

  1、CONNECT 消息体内容主要是：客户端的 ClientID 、订阅的 Topic 、 Message 以及用户名和密码；

  2、SUBSCRIBE 消息体内容是一系列的要订阅的主题以及 QoS 。

  3、SUBACK 消息体内容是服务器对于SUBSCRIBE所申请的主题及QoS 进行确认和回复。

  4、UNSUBSCRIBE 消息体内容是要订阅的主题。