MQTT协议简记

时间 2019-11-21

标签 mqtt 协议简记繁體版

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1、定义

MQTT - MQ Telemetry Transport

轻量级的 machine-to-machine 通讯协议。
publish/subscribe模式。
基于TCP/IP。
支持QoS。
适合于低带宽、不可靠链接、嵌入式设备、CPU内存资源紧张。
是一种比较不错的Android消息推送方案。
FacebookMessenger采用了MQTT。
MQTT有可能成为物联网的重要协议。

MQTT是轻量级基于代理的发布/订阅的消息传输协议，它能够经过不多的代码和带宽和远程设备链接。例如经过卫星和代理链接，经过拨号和医疗保健提供者链接，以及在一些自动化或小型设备上，并且因为小巧，省电，协议开销小和能高效的向一和多个接收者传递信息，故一样适用于称动应用设备上。php

相信在想深刻学习这协议必是奔着解决某个问题而来的，上面给出了适用的场景，我之因此想深刻的学习和了解这个协议，理由以下：linux

一、能够实现手机消息推送（PUSH）服务器

二、协议简单，最小的头部只需2个字节，特别适合于嵌入式中。session

三、这是个了解什么是协议绝好的例子。相比于其它复杂的协议例如tcp，http协议，至少说明文档看的下去。socket

在这里，我以推送为例子说明，虽然如今现成的推送解决方案已经比较成熟，可是这个Repeat ReInvent the Whell仍是要作一下，什么都是拿来主义，和搬运工有什么区别。tcp

2、协议初解

先说一下整个协议的构造，总体上协议可拆分为：ide

　　固定头部+可变头部+消息体学习

协议说白了就是对于双方通讯的一个约定，好比传过来一段字符流，第1个字节表示什么，第2个字节表示什么。。。。一个约定。ui

因此在固定头部的构造以下：编码

一、MessageType

MessageType(0和15保留，共占4个字节)

public $operations=array(
         "MQTT_CONNECT"=>1,//请求链接
         "MQTT_CONNACK"=>2,//请求应答
         "MQTT_PUBLISH"=>3,//发布消息
         "MQTT_PUBACK"=>4,//发布应答
         "MQTT_PUBREC"=>5,//发布已接收，保证传递1
         "MQTT_PUBREL"=>6,//发布释放，保证传递2
         "MQTT_PUBCOMP"=>7,//发布完成，保证传递3
         "MQTT_SUBSCRIBE"=>8,//订阅请求
         "MQTT_SUBACK"=>9,//订阅应答
         "MQTT_UNSUBSCRIBE"=>10,//取消订阅
         "MQTT_UNSUBACK"=>11,//取消订阅应答
         "MQTT_PINGREQ"=>12,//ping请求
         "MQTT_PINGRESP"=>13,//ping响应
         "MQTT_DISCONNECT"=>14//断开链接
        );

CONNECT

TCP链接创建完毕后，Client向Server发出一个Request。

若是一段时间内接收不到Server的Response，则关闭socket，从新创建一个session链接。

若是一个ClientID已经与服务器链接，则持有一样ClientID的旧有链接必须由服务器关闭后，新创建才能创建。

CONNACK

Server发出Response响应。

0x00 Connection Accepted
0x01 Connection Refused: unacceptable protocol version
0x02 Connection Refused: identifier rejected
0x03 Connection Refused: server unavailable
0x04 Connection Refused: bad user name or password
0x05 Connection Refused: not authorized

PUBLISH 发布消息

Client/Servier都可以进行PUBLISH。

publish message 应该包含一个TopicName(Subject/Channel)，即订阅关键词。

关于Topic通配符

/：用来表示层次，好比a/b，a/b/c。

#：表示匹配>=0个层次，好比a/#就匹配a/，a/b，a/b/c。

单独的一个#表示匹配全部。

不容许 a#和a/#/c。

+：表示匹配一个层次，例如a/+匹配a/b，a/c，不匹配a/b/c。

单独的一个+是容许的，a+不容许，a/+/b不容许

PUBACK 发布消息后的确认

QoS=1时，Server向Client发布该确认（Client收到确认后删除），订阅者向Server发布确认。

PUBREC / PUBREL / PUBCOMP

QoS=2时

1. Server->Client发布PUBREC（已收到）；

2. Client->Server发布PUBREL（已释放）；

3. Server->Client发布PUBCOMP（已完成），Client删除msg；

订阅者也会向Server发布相似过程确认。

PINGREQ / PINGRES 心跳

Client有责任发送KeepAliveTime时长告诉给Server。在一个时长内，发送PINGREQ，Server发送PINGRES确认。

Server在1.5个时长内未收到PINGREQ，就断开链接。

Client在1个时长内未收到PINGRES，断开链接。

通常来讲，时长设置为几个分钟。最大18hours，0表示一直未断开。

二、DUP flag

其是用来在保证消息传输可靠的，若是设置为1，则在下面的变长头部里多加MessageId,并须要回复确认，保证消息传输完成，但不能用于检测消息重复发送。

三、QoS

主要用于PUBLISH（发布态）消息的，保证消息传递的次数。

11保留后用

QoS=0：最多一次，有可能重复或丢失。

QoS=1：至少一次，有可能重复。

Client[Qos=1,DUP=0/*重复次数*/,MessageId=x] --->PUBLISH--> Server收到后，存储Message，发布，删除，向Client回发PUBACK

Client收到PUBACK后，删除Message；若是未收到PUBACK，设置DUP++，从新发送，Server端从新发布，因此有可能重复发送消息。

QoS=2：只有一次，确保消息只到达一次（用于比较严格的计费系统）。

四、Retain

主要用于PUBLISH(发布态)的消息，表示服务器要保留此次推送的信息，若是有新的订阅者出现，就把这消息推送给它。若是不设那么推送至当前订阅的就释放了。

五、固定头部的byte 2

是用来保存接下去的变长头部+消息体的总大小的。

可是不是并非直接保存的，一样也是能够扩展的，其机制是，前7位用于保存长度，后一部用作标识。

我举个例了，即若是计算出后面的大小为0<length<=127的，正常保存

若是是127<length<16383的，则须要二个字节保存了，将第一个字节的最大的一位置1,表示未完。而后第二个字节继续存。

拿130来讲，第一个字节存10000011,第二个字节存000000001，也就是0x83,0x01,把两个字节连起来看，第二个字节权重从2的8次开始。

同起能够加第3个字节，最多能够加至第4个字节。故MQTT协议最多能够实现268 435 455 (0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x7F)将近256M的数据。可谓能伸能缩。

可变头部

这个是可变头部的全貌。

一、首先最上面的8个字节是Protocol Name(编码名)，UTF编码的字符“MQIsdp”，头两个是编码名提长为6。

这里多说一些，接下去的协议多采用这种方式组合，即头两个字节表示下一部分的长，而后后面跟上内容。这里头两个字节长为6，下面跟6个字符“MQIsdp”。

二、Protocol Version，协议版本号，v3 也是固定的。

三、Connect Flag，链接标识，有点像固定头部的。8位分别表明不一样的标志。第1个字节保留。

Clean Session,Will flag，Will Qos, Will Retain都是相对于CONNECT消息来讲的。

Clean Session:0表示若是订阅的客户机断线了，那么要保存其要推送的消息，若是其从新链接时，则将这些消息推送。

1表示消除，表示客户机是第一次链接，消息因此之前的链接信息。

Will Flag，表示若是客户机在不是在发送DISCONNECT消息中断，好比IO错误等，将些置为1,要求重传。而且下且的WillQos和WillRetain也要设置，消息体中的Topic和MessageID也要设置，就是表示发生了错误，要重传。

Will Qos，在CONNECT非正常状况下设置，通常若是标识了WillFlag，那么这个位置也要标识。

Will RETAIN：一样在CONNECT中，若是标识了WillFlag,那么些位也必定要标识

usename flag和passwordflag，用来标识是否在消息体中传递用户和密码，只有标识了，消息体中的用户名和密码才用效，只标记密码而不标记用户名是不合法的。

四、Keep Alive，表示响应时间，若是这个时间内，链接或发送操做未完成，则断开tcp链接，表示离线。

五、Connect Return Code即一般于CONNACK消息中，表示返回的链接状况，我能够经过此检验链接状况。

六、Topic Name，订阅消息标识，MQTT是基于订阅/发布的消息，那么这个就是消息订阅的标识，像新闻客户端里的订阅不一样的栏目同样。用于区别消息的推送类别。

主要用于PUBLISH和SUBSCRIBE中。最大可支持32767个字符，即4个字节。

消息体（PayLoad）

只有3种消息有消息体CONNECT，SUBSCRIBE，SUBACK

CONNECT主要是客户机的ClientID，订阅的Topic和Message以及用户名和密码，其于变长头部中的will是对应的。

SUBSCRIBE是包含了一系列的要订阅的主题以及QOS。

SUBACK是用服务器对于SUBSCRIBE所申请的主题及QOS进行确认和回复。

而PUBLISH是消息体中则保存推送的消息，以二进制形式，固然这里的编辑可自定义。

七、Message Identifier

包含于PUBLISH, PUBACK, PUBREC, PUBREL, PUBCOMP, SUBSCRIBE, SUBACK, UNSUBSCRIBE, UNSUBACK.

其为16位字符表示，用于在Qos为1或2时标识Message的，保证Message传输的可靠性。

至于具体的消息例子，咱们在后面的代码中慢慢体现。

Clean Session

若是为false(flag=0)，Client断开链接后，Server应该保存Client的订阅信息。

若是为true(flag=1)，表示Server应该马上丢弃任何会话状态信息。

3、须要的环境：

一、PHP+Apache或Nginx

二、安装开源代理程序Mosquitto，这里用其作为代理服务器，负责链接和分发。

安装方法很简单，http://mosquitto.org/files/ binary是编译好的，source是源码安装须要的（make & make install 就行）

惟一要配置的就是在解压后的config.mk,安装完后设置文件是mosquitto.conf

固然主要是设置是否支持ssl，还有就是config.mk最下面的安装位置的设定。这里一切默认。

默认启动是绑定的IP是本地IP，端口是1883能够在mosquitto.conf里设置（要去掉前面的#字注释），linux 中 -c 能够指定设置文件并运行

比如： mosquitto -c /etc/mosquitto.conf