Mqtt介绍一

MQTT ( 消息队列遥测传输 )是ISO 标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在 TCP/IP协议族 上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议，为此，它需要一个 消息中间件 。

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。

MQTT协议是为大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：

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：

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：

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。

固定头存在于所有MQTT数据包中，其结构如下：

相于一个4位的无符号值，类型、取值及描述如下

在不使用标识位的消息类型中，标识位被作为保留位。如果收到无效的标志时，接收端必须关闭网络连接：

Payload消息体位MQTT数据包的第三部分，包含CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四种类型的消息：

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅模式的"轻量级"通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上。好比你给好友发送一封电子邮件，发送完成后你可以去做别的事情，收件人也不必立刻响应，可以在自己有空的时候查看邮件，是一个典型的异步发布/订阅场景。而另一种典型的同步请求/回答场景，可以用接打电话的场景来类比。

MQTT的设计遵循以下的原则：

为了满足不同的场景，MQTT支持三种不同级别的服务质量（Quality of Service，QoS）为不同场景提供消息可靠性：

MQTT拥有14种不同的消息类型：

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：

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。

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：

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：

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。

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。

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。

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。

消息订阅者所具体接收的内容。

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：

物联网 (internet of thing) ，表示的是可以把一些带某些传感器的设备(终端)，接入到互联网的行为。

通过互联网连接这些设备，这些设备就能够互相协作。

而 MQTT 就是这些设备之间数据通信的一个基于 TCP/IP 的协议。

每个终端都和实现了 MQTT 协议的代理/服务器相连。

通过 published MQTT 代理服务器的某个 主题 发送数据。

通过 subscription 从 MQTT 代理服务器获取自己订阅的 主题 数据。

MQTT 协议是一种轻量级的、灵活的网络协议。并且非常适合 IOT 的场景。

大多数开发人员已经熟悉了 HTTP WEB 协议。那么为什么不让 IOT 设置链接到 WEB 服务？

设备可以采用 HTTP 请求的形式发送数据，并采用 HTTP 响应的形式从服务器获取数据，接受更新。

因为对于 IOT 的设备来说，这种 主动请求-->被动等待应答的 数据传输模型存在严重的局限性：

那么，MQTT 为什么如此轻便且灵活？MQTT 协议的一个关键的特性是 发布/订阅模型 。它将数据的发布者和接受者分离。

一个设备终端既可以是数据的发布者 (published) 也可以是数据的订阅者 (subscription) 。

一个设备如果要发布数据，只需要往代理服务器中 相应的主题发布数据内容即可。

一个设备如果需要接受到数据，只需要在代理服务器中， 提前订阅自己需要关注的主题即可。

MQTT 最基本的体验，就是使用 mosquitto 。

Mosquitto是一款实现了 MQTT v3.1 协议的开源消息代理软件，提供轻量级的，支持发布/订阅的的消息推送模式，使设备对设备之间的短消息通信简单易用。

它可以理解成一个 MQTT 的代理服务器。

基本步骤如下：

安装成功截图

使用 brew services start mosquitto 启动 MQTT 服务

运行截图

然后再打开另外两个终端窗口，模拟两个IOT设备。A 订阅 MQTT 服务。B 向 MQTT 的服务发送数据。

A订阅当前MQTT的某个服务。

B向 MQTT 服务器发布(published) 数据。

然后，我们就可以在A控制台里看到由 B 通过 MQTT 服务发送的数据了。

基本流程图

控制台 A 向 MQTT 服务器订阅 dw/demo 服务，并被动的等待 MQTT 服务器返回数据。

控制台 B 主动的向 MQTT 服务器的 dw/demo 服务发送 published 数据，之后。服务器会主动向事先订阅了 dw/demo 的终端分发此消息。

MQTT 是一种链接协议，它指定了如何组织数据字节并通过 TCP/IP 网络传输它们。但实际上，开发人员并不需要链接这个链接协议的具体细节。我们只需要知道，每条消息都有一个命令和数据有效负载。该命令定义消息类型(比如 CONNECT 消息或者 SUB SCRIBE 消息)。所有的 MQTT 库和工具都提供了直接处理这些消息的基本方法，并且能自动填充一些必要的字段(在数据包的对应字节填充)，比如消息和客户端 ID。

首先客户端发送一条 CONNECT消息 来链接代理。CONNECT 消息要求建立从客户端到代理服务器的链接。

CONNECT 命令的基本参数

当客户端向代理服务器发送一条 CONNECT 命令之后，服务器会调用 CONNACK 命令，告知服务链接的状态。

CONNACK 命令的基本参数

当客户端和服务器建立连接之后，客户端就可以向服务器订阅某些主题的。(发送一条或多条 SUBSCRIBE消息 )。

表明当服务器接受到其他终端推送的此主题数据时，服务器会默认发送给它。

SUBSCRIBE 参数列表

当客户端成功的向服务器订阅某个主题之后，服务器会返回一条 SUBACK 的消息，其中包含一个或者多个 returnCode 参数。

SUBACK消息参数

returnCode : 值 0 - 2 ，表示成功订阅，并返回这个订阅消息的 QOS。值 128 ： 订阅失败。

既然客户端可以向服务器订阅某个主题，当然也可以取消订阅。

与 SUBSCRIBE 订阅命令相反的命令是 UNSUBSCRIBE 取消订阅命令。

此命令非常简单。只有一个topic(主题)参数。

上面讲的是订阅，订阅是需要有消息从服务器发送过来的。但是服务器本身基本不产生数据，那数据从何而来呢？

通过另外一个客户端执行 PUBLISH 命令，往代理服务器发送数据。并最终通过代理服务器将数据传递给订阅了此服务的客户端。

PUBLISH 消息参数

对于 MQTT 的一张基本理解图

基本流程图：

最后总结

参考资料： 初识 MQTT

---