MQTT自學筆記(一)-特性與協議原理

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息隊列遙測傳輸)是IBM開發的一個即時通信協議,有可能成爲物聯網的重要組成部分,該協議幾乎支持所有的平臺。最近正在學習這個,有一個寫得很不錯的博客給大家推薦一下,聶永的博客:http://www.blogjava.net/yongboy/
博主這個博客寫的簡單是自學的筆記,不喜勿噴啊。

MQTT的特點

MQTT 協議是爲大量計算能力有限,且工作在低帶寬、不可靠的網絡的遠程傳感器和控制設備通訊而設計的協議,它具有以下主要的幾項特性:

  1. 使用發佈/訂閱消息模式,提供一對多的消息發佈,解除應用程序耦合。這一點很類似於 XMPP,但是 MQTT 的信息冗餘遠小於
    XMPP(因爲 XMPP 使用的是 XML 這種格式來傳遞數據)。
  2. 對負載內容屏蔽的消息傳輸。
  3. 使用 TCP/IP 提供網絡連接。主流的 MQTT 是基於 TCP 連接進行數據推送的,但是同樣有基於 UDP 的版本,叫做 MQTT-SN 。這兩種版本由於基於不同的連接方式,優缺點自然也就各有不同了。
  4. 有三種消息發佈服務質量(Qos):
    1. 最多一次:消息發佈完全依賴底層TCP/IP網絡。會發生消息丟失或重複。這一級別可用於如下情況,環境傳感器數據,丟失一次讀記錄無所謂,因爲不久後還會有第二次發送。這一種方式主要普通APP的推送,倘若你的智能設備在消息推送時未聯網,推送過去沒收到,再次聯網也就收不到了。
    2. 至少一次:確保消息到達,但消息重複可能會發生。這一種方式比較雞肋,在我的想象中沒能想到這種質量的發送在常規的 APP 開發中有什麼用處。
    3. 只有一次:確保消息到達一次。這一級別可用於如下情況,在計費系統中,消息重複或丟失會導致不正確的結果。這種最高質量的消息發佈服務還可以用於即時通訊類的APP 的推送,確保用戶收到且只會收到一次。
  5. 小型傳輸,數據傳輸和狹義交換的最小化(協議頭部只有2個字節),以降低網絡流量。
  6. 通知機制,異常中斷是通知傳輸雙方。使用 Last Will 和 Testament 特性通知有關各方客戶端異常中斷的機制。Last Will:即遺言機制,用於通知同一主題下的其他設備發送遺言的設備已經斷開了連接。

MQTT協議原理

協議實現方式

實現MQTT協議需要:客戶端和服務器端
MQTT協議中有三種身份:發佈者(Pushlish)、代理(Broker)(服務器)、訂閱者(Subscribe)。其中,消息的發佈者和訂閱者都是客戶端,消息代理是服務器,消息發佈者可以同時是訂閱者。
MQTT的消息分爲:主題(Topic)和負載(payload)兩部分
Topic,可以理解爲消息的類型,訂閱者Subscribe之後,就會收到該主題的消息內容(payload)。
payload,可以理解爲消息的內容,是指訂閱者具體的使用內容

網絡傳輸和應用消息

MQTT會構建底層網絡傳輸:它將建立客戶端到服務器的連接,提供兩者之間的一個有序的、無損的、基於字節的雙向傳輸。當應用數據通過MQTT網絡發送時,MQTT會把與之相關的服務質量(Qos)和主題名(Topic)相關聯。

MQTT客戶端

一個使用MQTT的應用程序或者設備,它總是建立到服務器的網絡連接。客戶端可以:

  • 發佈其他客戶端可能會訂閱的消息

  • 訂閱其他客戶端發佈的消息

  • 退訂或刪除應用程序的消息

  • 斷開與服務器的連接

MQTT服務器

MQTT服務器可以稱爲“消息代理(Broker)”,也可以是一個 應用程序或者設備,它位於消息發佈者和訂閱者之間,它可以:

  • 接受來自客戶的網絡連接

  • 接受客戶發佈的應用信息

  • 處理來自客戶端的訂閱和退訂請求

  • 向訂閱的客戶轉發應用程序信息

MQTT協議中的訂閱、主題、會話

訂閱(Subscription)
訂閱包換主題篩選器(Topic Filter)和最大服務質量(Qos)。訂閱與一個會話(Session)關聯。一個會話可以包含多個訂閱。每一個會話的每個訂閱都有一個不同的主題篩選器。
會話(Session)
每個客戶與服務器建立連接之後就是一個會話,客戶端和服務器之間有狀態交互。會話存在一個網絡之間,也可能在客戶端和服務器之間跨越多個連續的網絡連接。
主題名(Topic)
連接到一個應用程序消息的標籤,該標籤與服務器的訂閱相匹配。服務器會將消息發送給訂閱所匹配標籤的每個客戶端。
主題篩選器(Topic Filter)
一個與主題名通配符篩選器,在訂閱表達式中使用,表示訂閱所匹配到的多個主題。
負載(Payload)
消息訂閱者所具體接收的內容

MQTT協議中的方法

MQTT 協議中定義了一些方法(也被稱爲動作), 來於表示對確定資源所進行操作。 這個資源可以代表預先存在的數據或動態生成數據,這取決於服務器的實現。通常來說,資源指服務器上的文件或輸出。
Connect,等待與服務器建立連接
Disconnect,等待MQTT客戶端完成所做的工作,並與服務器斷開TCP/IP會話
Subscribe,等待完成訂閱
UnSubscribe,等待服務器取消客戶端的一個或多個topic訂閱
Publish, MQTT 客戶端發送消息請求,發送完成後返回應用程序線程

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