MQTT協議簡記

時間 2019-11-21

標籤 mqtt 協議簡記简体版

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1、定義

MQTT - MQ Telemetry Transport

輕量級的 machine-to-machine 通訊協議。
publish/subscribe模式。
基於TCP/IP。
支持QoS。
適合於低帶寬、不可靠鏈接、嵌入式設備、CPU內存資源緊張。
是一種比較不錯的Android消息推送方案。
FacebookMessenger採用了MQTT。
MQTT有可能成爲物聯網的重要協議。

MQTT是輕量級基於代理的發佈/訂閱的消息傳輸協議，它能夠經過不多的代碼和帶寬和遠程設備鏈接。例如經過衛星和代理鏈接，經過撥號和醫療保健提供者鏈接，以及在一些自動化或小型設備上，並且因爲小巧，省電，協議開銷小和能高效的向一和多個接收者傳遞信息，故一樣適用於稱動應用設備上。php

相信在想深刻學習這協議必是奔着解決某個問題而來的，上面給出了適用的場景，我之因此想深刻的學習和了解這個協議，理由以下：linux

一、能夠實現手機消息推送（PUSH）服務器

二、協議簡單，最小的頭部只需2個字節，特別適合於嵌入式中。session

三、這是個瞭解什麼是協議絕好的例子。相比於其它複雜的協議例如tcp，http協議，至少說明文檔看的下去。socket

在這裏，我以推送爲例子說明，雖然如今現成的推送解決方案已經比較成熟，可是這個Repeat ReInvent the Whell仍是要作一下，什麼都是拿來主義，和搬運工有什麼區別。tcp

2、協議初解

先說一下整個協議的構造，總體上協議可拆分爲：ide

　　固定頭部+可變頭部+消息體學習

協議說白了就是對於雙方通訊的一個約定，好比傳過來一段字符流，第1個字節表示什麼，第2個字節表示什麼。。。。一個約定。ui

因此在固定頭部的構造以下：編碼

一、MessageType

MessageType(0和15保留，共佔4個字節)

public $operations=array(
         "MQTT_CONNECT"=>1,//請求鏈接
         "MQTT_CONNACK"=>2,//請求應答
         "MQTT_PUBLISH"=>3,//發佈消息
         "MQTT_PUBACK"=>4,//發佈應答
         "MQTT_PUBREC"=>5,//發佈已接收，保證傳遞1
         "MQTT_PUBREL"=>6,//發佈釋放，保證傳遞2
         "MQTT_PUBCOMP"=>7,//發佈完成，保證傳遞3
         "MQTT_SUBSCRIBE"=>8,//訂閱請求
         "MQTT_SUBACK"=>9,//訂閱應答
         "MQTT_UNSUBSCRIBE"=>10,//取消訂閱
         "MQTT_UNSUBACK"=>11,//取消訂閱應答
         "MQTT_PINGREQ"=>12,//ping請求
         "MQTT_PINGRESP"=>13,//ping響應
         "MQTT_DISCONNECT"=>14//斷開鏈接
        );

CONNECT

TCP鏈接創建完畢後，Client向Server發出一個Request。

若是一段時間內接收不到Server的Response，則關閉socket，從新創建一個session鏈接。

若是一個ClientID已經與服務器鏈接，則持有一樣ClientID的舊有鏈接必須由服務器關閉後，新創建才能創建。

CONNACK

Server發出Response響應。

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 發佈消息

Client/Servier都可以進行PUBLISH。

publish message 應該包含一個TopicName(Subject/Channel)，即訂閱關鍵詞。

關於Topic通配符

/：用來表示層次，好比a/b，a/b/c。

#：表示匹配>=0個層次，好比a/#就匹配a/，a/b，a/b/c。

單獨的一個#表示匹配全部。

不容許 a#和a/#/c。

+：表示匹配一個層次，例如a/+匹配a/b，a/c，不匹配a/b/c。

單獨的一個+是容許的，a+不容許，a/+/b不容許

PUBACK 發佈消息後的確認

QoS=1時，Server向Client發佈該確認（Client收到確認後刪除），訂閱者向Server發佈確認。

PUBREC / PUBREL / PUBCOMP

QoS=2時

1. Server->Client發佈PUBREC（已收到）；

2. Client->Server發佈PUBREL（已釋放）；

3. Server->Client發佈PUBCOMP（已完成），Client刪除msg；

訂閱者也會向Server發佈相似過程確認。

PINGREQ / PINGRES 心跳

Client有責任發送KeepAliveTime時長告訴給Server。在一個時長內，發送PINGREQ，Server發送PINGRES確認。

Server在1.5個時長內未收到PINGREQ，就斷開鏈接。

Client在1個時長內未收到PINGRES，斷開鏈接。

通常來講，時長設置爲幾個分鐘。最大18hours，0表示一直未斷開。

二、DUP flag

其是用來在保證消息傳輸可靠的，若是設置爲1，則在下面的變長頭部裏多加MessageId,並須要回覆確認，保證消息傳輸完成，但不能用於檢測消息重複發送。

三、QoS

主要用於PUBLISH（發佈態）消息的，保證消息傳遞的次數。

11保留後用

QoS=0：最多一次，有可能重複或丟失。

QoS=1：至少一次，有可能重複。

Client[Qos=1,DUP=0/*重複次數*/,MessageId=x] --->PUBLISH--> Server收到後，存儲Message，發佈，刪除，向Client回發PUBACK

Client收到PUBACK後，刪除Message；若是未收到PUBACK，設置DUP++，從新發送，Server端從新發布，因此有可能重複發送消息。

QoS=2：只有一次，確保消息只到達一次（用於比較嚴格的計費系統）。

四、Retain

主要用於PUBLISH(發佈態)的消息，表示服務器要保留此次推送的信息，若是有新的訂閱者出現，就把這消息推送給它。若是不設那麼推送至當前訂閱的就釋放了。

五、固定頭部的byte 2

是用來保存接下去的變長頭部+消息體的總大小的。

可是不是並非直接保存的，一樣也是能夠擴展的，其機制是，前7位用於保存長度，後一部用作標識。

我舉個例了，即若是計算出後面的大小爲0<length<=127的，正常保存

若是是127<length<16383的，則須要二個字節保存了，將第一個字節的最大的一位置1,表示未完。而後第二個字節繼續存。

拿130來講，第一個字節存10000011,第二個字節存000000001，也就是0x83,0x01,把兩個字節連起來看，第二個字節權重從2的8次開始。

同起能夠加第3個字節，最多能夠加至第4個字節。故MQTT協議最多能夠實現268 435 455 (0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x7F)將近256M的數據。可謂能伸能縮。

可變頭部

這個是可變頭部的全貌。

一、首先最上面的8個字節是Protocol Name(編碼名)，UTF編碼的字符「MQIsdp」，頭兩個是編碼名提長爲6。

這裏多說一些，接下去的協議多采用這種方式組合，即頭兩個字節表示下一部分的長，而後後面跟上內容。這裏頭兩個字節長爲6，下面跟6個字符「MQIsdp」。

二、Protocol Version，協議版本號，v3 也是固定的。

三、Connect Flag，鏈接標識，有點像固定頭部的。8位分別表明不一樣的標誌。第1個字節保留。

Clean Session,Will flag，Will Qos, Will Retain都是相對於CONNECT消息來講的。

Clean Session:0表示若是訂閱的客戶機斷線了，那麼要保存其要推送的消息，若是其從新鏈接時，則將這些消息推送。

1表示消除，表示客戶機是第一次鏈接，消息因此之前的鏈接信息。

Will Flag，表示若是客戶機在不是在發送DISCONNECT消息中斷，好比IO錯誤等，將些置爲1,要求重傳。而且下且的WillQos和WillRetain也要設置，消息體中的Topic和MessageID也要設置，就是表示發生了錯誤，要重傳。

Will Qos，在CONNECT非正常狀況下設置，通常若是標識了WillFlag，那麼這個位置也要標識。

Will RETAIN：一樣在CONNECT中，若是標識了WillFlag,那麼些位也必定要標識

usename flag和passwordflag，用來標識是否在消息體中傳遞用戶和密碼，只有標識了，消息體中的用戶名和密碼才用效，只標記密碼而不標記用戶名是不合法的。

四、Keep Alive，表示響應時間，若是這個時間內，鏈接或發送操做未完成，則斷開tcp鏈接，表示離線。

五、Connect Return Code即一般於CONNACK消息中，表示返回的鏈接狀況，我能夠經過此檢驗鏈接狀況。

六、Topic Name，訂閱消息標識，MQTT是基於訂閱/發佈的消息，那麼這個就是消息訂閱的標識，像新聞客戶端裏的訂閱不一樣的欄目同樣。用於區別消息的推送類別。

主要用於PUBLISH和SUBSCRIBE中。最大可支持32767個字符，即4個字節。

消息體（PayLoad）

只有3種消息有消息體CONNECT，SUBSCRIBE，SUBACK

CONNECT主要是客戶機的ClientID，訂閱的Topic和Message以及用戶名和密碼，其於變長頭部中的will是對應的。

SUBSCRIBE是包含了一系列的要訂閱的主題以及QOS。

SUBACK是用服務器對於SUBSCRIBE所申請的主題及QOS進行確認和回覆。

而PUBLISH是消息體中則保存推送的消息，以二進制形式，固然這裏的編輯可自定義。

七、Message Identifier

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

其爲16位字符表示，用於在Qos爲1或2時標識Message的，保證Message傳輸的可靠性。

至於具體的消息例子，咱們在後面的代碼中慢慢體現。

Clean Session

若是爲false(flag=0)，Client斷開鏈接後，Server應該保存Client的訂閱信息。

若是爲true(flag=1)，表示Server應該馬上丟棄任何會話狀態信息。

3、須要的環境：

一、PHP+Apache或Nginx

二、安裝開源代理程序Mosquitto，這裏用其作爲代理服務器，負責鏈接和分發。

安裝方法很簡單，http://mosquitto.org/files/ binary是編譯好的，source是源碼安裝須要的（make & make install 就行）

惟一要配置的就是在解壓後的config.mk,安裝完後設置文件是mosquitto.conf

固然主要是設置是否支持ssl，還有就是config.mk最下面的安裝位置的設定。這裏一切默認。

默認啓動是綁定的IP是本地IP，端口是1883能夠在mosquitto.conf裏設置（要去掉前面的#字註釋），linux 中 -c 能夠指定設置文件並運行

比如： mosquitto -c /etc/mosquitto.conf

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