MQTT概念本

谁践踏了优雅 2022-12-04 01:14 118阅读 0赞

# 一、什么是MQTT？ #

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的基础上，由IBM在1999年发布。

它最大的优点是以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供可靠的消息服务。作为一种低开奥、低带宽占用的及时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有广泛的应用。

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# 二、设计规范 #

由于物联网的环境非常特别，所以MQTT遵循以下设计原则：

*  （1） 精简，不添加可有可无的功能
 *  （2） 发布/订阅(Pub/Sub)模式，方便消息在传感器之间传递
 *  （3） 允许用户动态创建主题，零运维成本
 *  （4） 把传输量降到最低以提高传输效率
 *  （5） 把低带宽、高延迟、不稳定的网络等因素考虑在内
 *  （6） 理解客户端计算能力可能很低
 *  （7） 提供服务质量管理
 *  （8） 支持连续会话控制
 *  （9） 加入数据不可知，不强求传输数据的类型与格式，保持灵活性

# 三、主要特性 #

MQTT协议工作是为低带宽、不可靠的网络的远程传感器和设备控制通讯而设计的协议。

*  （1） 使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，接触应用程序耦合
 *  （2） 对负载内容屏蔽的消息传输
 *  （3）主流的MQTT是基于TCP进行数据推送的，也有基于UDP的版本，MQTT-SN
 *  （4）三种消息发布质量(qos)：
    
    > qos = 0(“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。
    > 
    > qos = 1(“至少一次”)，确保消息到达，但消息重复可能会发生。
    > 
    > qos = 2(“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。
 *  （5）小型传输，开销很小（固定长度的头部是2字节），协议交换最小化，以降低网络流量。
 *  （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。

# 四、MQTT协议原理 #

### 4.1 MQTT协议的实现方式 ###

实现MQTT协议需要客户端和服务器通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议有三种身份：发布者（Publish），订阅者（Subscribe），代理（Broker）。其中消息的发布者和订阅者都是客户端（Client），消息代理是服务器。  
MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（Payload）两部分：

*  Topic，订阅的主题，订阅者订阅Topic后，只要有发布者往Topic发布消息，订阅Topic的都可以收到
 *  payload, 消息内容，载体

### 4.2 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）相关连。

### 4.3 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：

*  （1）发布其他客户端可能会订阅的信息；
 *  （2）订阅其它客户端发布的消息；
 *  （3）退订或删除应用程序的消息；
 *  （4）断开与服务器连接。

### 4.4 MQTT服务器 ###

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：

*  （1）接受来自客户的网络连接；
 *  （2）接受客户发布的应用信息；
 *  （3）处理来自客户端的订阅和退订请求；
 *  （4）向订阅的客户转发应用程序消息。

### 4.5 MQTT协议中的订阅、主题、会话 ###

**一、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。

**二、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。

**三、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。

**四、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。

**五、负载（Payload）**

消息订阅者所具体接收的内容。

### 4.6 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。