MQTT--學習

簡介

• MQTT(Message Queuing Telemetry Tranport)中文稱消息隊列遙測傳輸協議，IBM公司爲了一個通信衛星連接管道的項目研發的，是一種訂閱/發佈模式的“輕量級”通信協議，可以爲遠程設備提供穩定可靠的信息傳輸。

• 常見的通信協議
  

• TCP/IP參考模型可以分爲四層：應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層。TCP和UDP位於傳輸層，應用層常見的協議有HTTP、FTP、SSH等。MQTT協議運行於TCP之上，屬於應用層協議，因此只要是支持TCP/IP協議棧的地方，都可以使用MQTT。

• MQTT協議中的三個角色

  發佈方：發佈消息的客戶端

  服務器(代理)：

  1. 接受來自客戶的網絡連接
  2. 接受客戶發佈的應用信息
  3. 處理來自客戶端的訂閱和退訂請求
  4. 向訂閱的客戶轉發應用程序消息

  訂閱方：訂閱消息主題和接收消息的客戶端

MQTT應用

MQTT協議廣泛應用於物聯網、移動互聯網、智能硬件、車聯網、電力能源等領域。

1、物聯網M2M通信，物聯網大數據採集

2、Android消息推送，WEB消息推送

3、移動即時消息，例如Facebook Messenger

4、智能硬件、智能傢俱、智能電器

5、車聯網通信，電動車站樁採集

6、智慧城市、遠程醫療、遠程教育

7、電力、石油與能源等行業市場

MQTT特點

• 實現簡單
• 輕量、佔用帶寬低
• 可傳輸任意類型的數據
• 可保持的會話（session）
• 基於 TCP 協議的應用層協議；
• 採用 C/S 架構；
• 使用訂閱/發佈模式，將消息的發送方和接受方解耦；
• 提供 3 種消息的 QoS（Quality of Service）: 至多一次，最少一次，只有一次；
• 收發消息都是異步的，發送方不需要等待接收方應答。

MQTT服務器TCP佔用端口

客戶端連接的是1883端口

MQTT客戶端

1、功能：

• 發佈其他客戶端可能會訂閱的信息；
• 訂閱其它客戶端發佈的消息；
• 退訂或刪除應用程序的消息；
• 斷開與服務器連接。

2、庫：

• emqtt項目組: https://github.com/emqtt
• Paho C 庫：http://www.eclipse.org/paho/files/mqttdoc/MQTTAsync/html
• mqtt.org: https://github.com/mqtt/mqtt.github.io/wiki/libraries

MQTT協議中的術語

• 主題(topic)：消息的類型，訂閱者訂閱後，就會收到該主題的消息內容。
• 消息體(payload)：消息的內容，是指訂閱者具體要使用的內容。
• 訂閱：訂閱包含主題篩選器（Topic Filter）和最大服務質量（QoS）。訂閱會與一個會話（Session）關聯。一個會話可以包含多個訂閱。每一個會話中的每個訂閱都有一個不同的主題篩選器。
• 會話：每個客戶端與服務器建立連接後就是一個會話，客戶端和服務器之間有狀態交互。會話存在於一個網絡之間，也可能在客戶端和服務器之間跨越多個連續的網絡連接。
• 主題篩選器：一個對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。

MQTT協議報文結構

固定報頭|可變報頭|消息體

• 固定頭（Fixed header）：存在於所有MQTT數據包中，表示數據包類型及數據包的分組類標識。

  (1)位表示
  
  (2)數據類型
  

• 可變頭（Variable header）：存在於部分MQTT數據包中，數據包類型決定了可變頭是否存在及其具體內容。

• 消息體（Payload）：存在於部分MQTT數據包中，表示客戶端收到的具體內容。

    (1）CONNECT：消息體內容主要是：客戶端的ClientID、訂閱的Topic、Message以及用戶名
   和密碼。
   （2）SUBSCRIBE：消息體內容是一系列的要訂閱的主題以及QoS。
   
   （3）SUBACK：消息體內容是服務器對於SUBSCRIBE所申請的主題及QoS進行確認和回覆。
   
   （4）UNSUBSCRIBE：消息體內容是要訂閱的主題。
  

MQTT協議中的動作

• 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topics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