深度剖析MQTT協議的整個通訊流程

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MQTT，目前物聯網的最主要的協議，基本全部收費的雲平臺都是基於MQTT協議，好比機智雲，和全部的開放雲平臺好比中國移動的oneNet、百度的雲平臺也都支持MQTT的接入。雖然MQTT很火，可是目前對MQTT的不多，尤爲是在如何移植到嵌入式上來。大部分的平臺商的作法都是跟模塊商合做把MQTT協議集成到WiFi模塊跟GPRS模塊裏面，捆綁一銷售，不讓用戶過多的瞭解物聯網最核心的東西。

在尚未深刻去了解MQTT協議以前，總覺得是很是複雜的東西，畢竟以前一直想深刻，但無奈在浩淼的網絡裏竟然找不到太多實質的資料。隨時本身對物聯網的不斷探索，愈來愈瞭解整個物聯網的架構，對MQTT瞭解愈來愈深刻。在這篇文章中將帶你們先了解MQTT的協議，在後面的文章，再帶你們怎麼移植MQTT到STM32上，再到怎麼搭建本身的MQTT服務器。

MQTT的基礎知識這些你們經過百度知道均可以瞭解到，這裏主要深刻去剖析MQTT協議的整個通訊流程。可是若是隻是看文字話，你們很難理解。所以咱們藉助Windows下的MQTT客戶端MQTT.fx跟網絡抓包工具Wireshark來一步步分析MQTT。

名字	值	流向	描述
CONNECT	1	C->S	客戶端請求與服務端創建鏈接
CONNACK	2	S->C	服務端確認鏈接創建
PUBLISH	3	CóS	發佈消息
PUBACK	4	CóS	收到發佈消息確認
PUBREC	5	CóS	發佈消息收到
PUBREL	6	CóS	發佈消息釋放
PUBCOMP	7	CóS	發佈消息完成
SUBSCRIBE	8	C->S	訂閱請求
SUBACK	9	S->C	訂閱確認
UNSUBSCRIBE	10	C->S	取消訂閱
UNSUBACK	11	S->C	取消訂閱確認
PING	12	C->S	客戶端發送PING(鏈接保活)命令
PINGRSP	13	S->C	PING命令回覆
DISCONNECT	14	C->S	斷開鏈接

 

上面是MQTT的主要的通訊協議，MQTT是基於TCP長鏈接，首先是先跟MQTT服務器創建TCP鏈接，而後發送登陸請求，要保持長鏈接，還要定時發心跳包跟服務保持鏈接。咱們先用MQTT.fx來登陸開源的MQTT服務看看。

安裝好MQTT.fx(注意MQTT.fx是java開發的，電腦要安裝JDK才能安裝打開）,一打開裏面就默認有一個開源的MQTT服務M2M Eclipse。點開旁邊的齒輪（設置按鈕）能夠看服務器的域名m2m.eclipse.org，端口號1833（MQTT的默認端口號），下面還有個Keep Alive Interval就是心跳的時間。再打開Wireshark，選擇要捕獲的網絡接口，而後再過濾器輸入tcp.port==1883後回車，只捕獲1883這個端口號的數據包。再點下MQTT.fx的Connect鏈接服務器，就能夠看到Wireshark捕到的數據

 

能夠看到MQTT協議中本地給服務器發送了一個Connect登陸請求，而後，服務器迴應一個ACK，表示登陸成功。再雙擊Connect Command這條數據包，咱們能夠看到詳細的數據包數據

上面的解析出來的MQTT協議包的內部，下面是對應的二進制數據，這裏咱們能夠對照附件上資料去了解協議的內容。看這裏，你們想是否是若是本身用TCP，再封裝發送下面的二進制數據就能夠完成MQTT的登陸了呢？拿出網絡調試助手來，ping下m2m.eclipse.org獲得IP地址，用端口號1883鏈接，而後發送Wireshark捕到的MQTT登陸協議的二進制數據，能夠看到到服務器迴應了 20 02 00 00 表示登陸成功。

再往下Wireshark捕到的數據包，能夠看到每隔必定的時間，本地向服務器發送Ping Request心跳包，相應的服務器也會迴應Ping Response。

接下來看MQTT最核心的傳輸協議 Subcribe（定閱）和Publish（推送）。簡單來講就是客戶端口（好比物聯網硬件）Subcribe一個topic（主題)後，其它的客戶端（好比手機）向服務器往這個topic 推送 Payload（有效數據），服務器就會把Payload轉發給定閱這個topic的客戶端（硬件）。

這樣就實現了客戶端（手機）經過服務器（MQTT）遠程發送數據給客戶端（物聯網硬件）。同樣用MQTT.fx來實驗。先點Subscribe而後面下面輸入led再點旁邊的Subscribe按鈕來定閱led這個topic。而後回到Publish，同樣在輸入框輸入led這個topic，下面大框就是輸入要推送的數據，輸入on，再點Publish按鈕，就把數據推送出去了。再回到Subcribe界面來能夠看到右邊已經收到有推送過來的數據。若是這是硬件收到這個指令，就能夠去控制點亮LED，咱們就實現遠程控制LED燈。

想深刻了解MQTT這一個過程的話，咱們再回到Wireshark，來看看捕獲到的數據

具體的就不詳細的分析了，你們看附件的文檔來對照就能夠很容易瞭解到。

最後來了解下QoS（定閱等級），分0、一、2三個等級，簡單來講是等級越高越可靠。QoS0,就是推送以後就完事了，至於對方有沒有收到，收到是什麼，數據有沒有丟失，都無論。

QoS1的話就是你收到推送後，你還得返回一個puback給對方，告訴對方收到了，否則對方會覺得你沒收到，隔一段時間後從新給你推送，直到你給對方返回一個Puback爲止。