MQTT学习与数据帧理解

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。

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。

 

二、MQTT的特性

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。

2.对负载内容屏蔽的消息传输。

3.使用TCP/IP提供网络连接。

4.有三种消息发布服务质量：

"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。这一种方式主要普通APP的推送，倘若你的智能设备在消息推送时未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了。

"至少一次"，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

"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，确保用户收到且只会收到一次。

以上说法还可以解释为：

QoS0：最多发送一次。发送者只发送一次且不会重试，接收者不会发送响应消息确认数据收到。有丢包的可能。

QoS1：至少发送一次。接收者会发送响应消息 PUBACK，发送者未收到接收者的确认消息会重试。 确保消息至少送达一次，建议使用该等级。

QoS2：仅发送一次。该等级为最高等级服务质量，消息丢失或重复都不允许，使用该等级会有额外数据开销。因此，QoS2 消息传输速度会比 QoS1 要慢。

 5.小型传输，开销很小

6.

使用Last Will和Testament特性通知有关各方客户端异常中断的机制。

Last Will：即遗言机制，用于通知同一主题下的其他设备发送遗言的设备已经断开了连接。

Testament：遗嘱机制，功能类似于Last Will。

三、MQTT的协议原理

1.MQTT协议实现的方式

　　MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯的过程中，MQTT的协议有三中身份：发布者（pubulish）、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传输协议的消息分为：主题（topic）和负载（payload）两部分：

　　（1）topic：主题可以理解为消息的类型（比如想要数据变化上送），订阅者订阅后，就会收到该主题的消息内容（payload）

　　（2）payload：消息的内容，指订阅者具体要使用的内容。

2.MQTT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.MQTT客户端

　　一个使用MQTT协议的应用程序或设备，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）订阅其他客户端发布的信息；

　　（3）退订或删除应用程序的消息；

　　（4）断开与服务器连接

4.MQTT服务器

　　MQTT服务器称为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）接受来自客户端的网络连接；

　　（2）接受客户端发布的应用信息；

　　（3）处理来自客户端的订阅和退订请求；

　　（4）向订阅的客户端转发应用程序消息。

5.MQTT协议中的订阅、主题、会话

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）负载（payload）

消息订阅者所具体接收的内容。

 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。　　

MQTT数据帧理解：

（1）Connect Command

 

（2）Connect Ack

 

 

 （3）Subscribe Request

 

（4）Publish Message