青岛个人建站模板,优化大师电脑版官方免费下载,wordpress商店安装,python基础教程百度网盘- 没用过但是必须得知道系列 -前言#xff1a;相比于 XMPP#xff0c; MQTT 的简单轻量受到了不少工程师的喜爱#xff0c;从物联网到传统的消息服务#xff0c;简单可依赖的 MQTT 到底为何让人如此着迷呢#xff1f;MQTT 协议#xff0d;MQTT 协议简介及协议原理MQTT(Me… - 没用过但是必须得知道系列 -前言相比于 XMPP MQTT 的简单轻量受到了不少工程师的喜爱从物联网到传统的消息服务简单可依赖的 MQTT 到底为何让人如此着迷呢MQTT 协议MQTT 协议简介及协议原理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协议上由IBM在1999年发布。MQTT最大优点在于可以以极少的代码和有限的带宽为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。1. MQTT协议特点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协议当前版本为2014年发布的MQTT v3.1.1。除标准版外还有一个简化版MQTT-SN该协议主要针对嵌入式设备这些设备一般工作于TCP/IP网络如ZigBee。MQTT协议运行在TCP/IP或其他网络协议提供有序、无损、双向连接。其特点包括使用的发布/订阅消息模式它提供了一对多消息分发以实现与应用程序的解耦。对负载内容屏蔽的消息传输机制。对传输消息有三种服务质量(QoS)最多一次这一级别会发生消息丢失或重复消息发布依赖于底层TCP/IP网络。即1至多一次这一级别会确保消息到达但消息可能会重复。即1只有一次确保消息只有一次到达。即1。在一些要求比较严格的计费系统中可以使用此级别数据传输和协议交换的最小化(协议头部只有2字节)以减少网络流量通知机制异常中断时通知传输双方2. MQTT协议原理2.1 MQTT协议实现方式实现MQTT协议需要客户端和服务器端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Topic可以理解为消息的类型订阅者订阅(Subscribe)后就会收到该主题的消息内容(payload)payload可以理解为消息的内容是指订阅者具体要使用的内容2.2 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)相关联。2.3 MQTT客户端一个使用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。客户端可以发布其他客户端可能会订阅的信息订阅其它客户端发布的消息退订或删除应用程序的消息断开与服务器连接2.4 MQTT服务器MQTT服务器称为“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接受来自客户的网络连接接受客户发布的应用信息处理来自客户端的订阅和退订请求向订阅的客户转发应用程序消息2.5 MQTT协议中的订阅、主题、会话订阅(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。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。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。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。负载(Payload)消息订阅者所具体接收的内容2.6 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。Connect等待与服务器建立连接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Subscribe等待完成订阅UnSubscribe等待服务器取消客户端的一个或多个topics订阅PublishMQTT客户端发送消息请求发送完成后返回应用程序线程3. MQTT数据结构MQTT 数据包结构固定头(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3.1 MQTT固定头固定头存在于所有MQTT数据包中其结构如下Bit76543210byte 1MQTT数据包类型不同类型MQTT数据包的具体标识byte 2…剩余长度3.1.1 MQTT数据包类型位置byte 1, bits 7-4。相于一个4位的无符号值类型如下名称值流方向描述Reserved0不可用保留位CONNECT1客户端到服务器客户端请求连接到服务器CONNACK2服务器到客户端连接确认PUBLISH3双向发布消息PUBACK4双向发布确认PUBREC5双向发布收到(保证第1部分到达)PUBREL6双向发布释放(保证第2部分到达)PUBCOMP7双向发布完成(保证第3部分到达)SUBSCRIBE8客户端到服务器客户端请求订阅SUBACK9服务器到客户端订阅确认UNSUBSCRIBE10客户端到服务器请求取消订阅UNSUBACK11服务器到客户端取消订阅确认PINGREQ12客户端到服务器PING请求PINGRESP13服务器到客户端PING应答DISCONNECT14客户端到服务器中断连接Reserved15不可用保留位3.1.2 标识位位置byte 1, bits 3-0。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数据包标识位Bit 3Bit 2Bit 1Bit 0CONNECT保留位0000CONNACK保留位0000PUBLISHMQTT 3.1.1使用DUP1QoS2QoS2RETAIN3PUBACK保留位0000PUBREC保留位0000PUBREL保留位0000PUBCOMP保留位0000SUBSCRIBE保留位0000SUBACK保留位0000UNSUBSCRIBE保留位0000UNSUBACK保留位0000PINGREQ保留位0000PINGRESP保留位0000DISCONNECT保留位0000DUP发布消息的副本。用来在保证消息的可靠传输如果设置为 1则在下面的变长中增加MessageId并且需要回复确认以保证消息传输完成但不能用于检测消息重复发送。QoS发布消息的服务质量即保证消息传递的次数00最多一次即101至少一次即110一次即111预留RETAIN发布保留标识表示服务器要保留这次推送的信息如果有新的订阅者出现就把这消息推送给它如果设有那么推送至当前订阅者后释放。3.1.3 剩余长度(Remaining Length)位置byte 1。固定头的第二字节用来保存变长头部和消息体的总大小的但不是直接保存的。这一字节是可以扩展其保存机制前7位用于保存长度后一部用做标识。当最后一位为 1时表示长度不足需要使用二个字节继续保存。例如计算出后面的大小为 03. 2 MQTT可变头MQTT数据包中包含一个可变头它驻位于固定的头和负载之间。可变头的内容因数据包类型而不同较常的应用是做为包的标识Bit76543210byte 1包标签符(MSB)byte 2…包标签符(LSB)很多类型数据包中都包括一个2字节的数据包标识字段这些类型的包有PUBLISH (QoS 0)、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK3. 3 Payload 消息体Payload 消息体位于 MQTT 数据包的第三部分CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四种类型的消息 有消息体CONNECT消息体内容主要是客户端的ClientID、订阅的Topic、Message 以及用户名和密码。SUBSCRIBE消息体内容是一系列的要订阅的主题以及QoS。SUBACK消息体内容是服务器对于 SUBSCRIBE 所申请的主题及 QoS 进行确认和回复。UNSUBSCRIBE消息体内容是要订阅的主题。更多请查看MQTT 3.1.1 规范 http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/mqtt-v3.1.1.htmlMQTT 3.1.1 规范中文版 https://mcxiaoke.gitbooks.io/mqtt-cn/content/
