mqtt协议实现--协议框架和连接管理（1）

2、MQTT协议实现

2.1 协议栈基本工作原理

MQTT实现的最核心的思想是发布/订阅模式，基本的工作原理是首先要通信双方建立连接，然后由服务端发布主题，客户端向broker订阅需要的主题，通过这种异步的方式实现客户和服务端间的通信。在保障通信质量方面，主要从两方面入手：其一是链路检测，通过心跳报文的定时收发，当发生断链时能够让通信双方知道这个事件；其二是消息重传，即引入了qos，保证在因网络故障发生丢包的情况下，可以通知对方重新发送报文，让信息可以正确传递。接下来将针对这里边的每一个核心功能做重点介绍。

2.1.1 协议栈架构

如下图所示就是MQTT协议栈的架构图，该图是依据MQTT协议[2]总结出来的。从图中可以看出整个协议栈依赖于tcp/ip协议，包括连接管理、发布客户端、订阅客户端和服务端四个模块。其中连接管理模块主要为客户和服务端建立连接，在订阅客户端会通过心跳检测链路状态。发布客户端主要是实现发布管理，管理发布的主题，通过与服务端的多次握手，保证主题能够发布到服务端。订阅客户端主要实现订阅管理，管理订阅的主题，同样与服务端的多次握手，保证主题能够被订阅到。作为中间起桥梁作用的服务端，会同时去实现上述三个模块的回应功能，这样消息就可以在不同的角色之间流转。接下来的几节将深入各个模块内部探讨实现流程。

2.1.2 连接管理

连接管理是整个MQTT通信的基础，无论是订阅还是发布，第一步都是要先建立连接，让通信的双方有共同的逻辑通道。接下来将分析一下该模块正常和异常连接的流程，通信的报文控制信息和有效载荷。注意此节及后续模块的解读，目的不是对协议栈进行二次陈述，而是抓住协议文档中体现不出来的流程和模块的关系进行详述，并且从使用者的视角探寻。

1）正常的连接流程

如下图所示，是客户端和服务端之间建链、维持链接和断链的交互图，图中可以看出在建链方面，订阅者和发布者无差别，都是跟服务端连接，不是直接连接，这样的好处就是通信双方可以无须关注对方的连接状态，只需要关心本端和服务器的连接状态即可。在完成主题发布或者订阅后，作为发布者会断开同服务端的连接，需要的话再连接就可以，这样的好处是发布者不用时时刻刻同服务端保持连接，节省了带宽。作为订阅者则不同，会一直和服务端之间保持一个链接状态，而且为了维持这种状态，以s为单位会发一个心跳检测报文，这样即使在某个时刻订阅端和服务端之间断链了，也可以重新连接上，保证订阅端能够随时收到服务端的消息。

2）连接控制报文

在MQTT协议栈中与上述的连接，断链和心跳请求有对应的控制报文，如下图所示。从发送的报文名称也能明显的看出报文的功能，如PINGREQ就是对应心跳请求报文，PINGRESP对应心跳响应报文，此处不再详述。如果想了解控制报文的详细格式可以对照参考文献MQTT协议[2]。

3）连接报文有效载荷

这一小节，关于有效载荷的需要特别注意，只有上述的CONNECT报文才有有效载荷，其他的诸如CONNACK、PINGREQ等控制报文是没有有效载荷的。如下图所示是CONNECT报文的有效载荷中关键的信息，其中有与角色有关的唯一标识符、安全有关的用户名和密码以及出现异常时的遗嘱主题和消息。这些信息都是客户端（无论是订阅还是发布）和服务端保证有效安全连接的基础。

4）连接异常处理流程

为何要关注异常处理流程，在实际的应用场景下，网络通常是不稳定的，所以不管在连接过程中还是连接后，经常会出现断链丢包的情况，这个时候就需要去定位断链的原因，那就需要熟悉有哪些断链的场景，如下图所示是协议提供的常见的断链场景，比如重复请求连接、协议名不正确等。作为协议的使用者也要特别关注这些异常，做好dfx手段，当出现问题时可以快速定位。

未完待续...

参考文献：

[2]Introduction · MQTT协议中文版 (gitbooks.io)

mqtt协议实现--协议框架和连接管理（1）相关推荐

【学习笔记】传输层：TCP协议（报文段、连接管理{握手}、可靠传输、流量控制、拥塞控制）
文章目录一. 协议特点 & 报文段 ① 特点 ② 报文段首部格式二. TCP连接管理 ① 建立联系(三次握手) SYN洪泛攻击 ② 连接释放(四次挥手) 三. TCP流量控制 ① 序号 ② ...
网络原理 | TCP/IP中的连接管理机制重要协议与核心机制
应用层.传输层.网络层.数据链路层.物理层一.应用层协议应用层是程序猿最最经常打交道的一层其他四层,都是操作系统.驱动.硬件,实现好了的,咱们不需要管 (除非你是系统工程师,驱动开发工程师-- ...
TCP协议-TCP连接管理
一.TCP概述 TCP协议是 TCP/IP 协议族中一个非常重要的协议.它是一种面向连接.提供可靠服务.面向字节流的传输层通信协议. TCP(Transmission Control Protocol ...
网络原理 --- 传输层Ⅱ TCP协议中的确认应答，超时重传和连接管理
文章目录网络原理传输层 TCP 协议 TCP的基本特性 1.确认应答 2.超时重传 3.连接管理 ❗❗①建立连接(三次握手) ②断开连接(四次挥手) 总结网络原理介绍TCP/IP协议中每一层里 ...
dubbo协议_Dubbo协议解析与OPPO自研ESA RPC框架实践
本文来自OPPO互联网基础技术团队,转载请注名作者.同时欢迎关注我们的公众号:OPPO_tech,与你分享OPPO前沿互联网技术及活动. 1. 背景 Dubbo是一款高性能.轻量级的开源Java RP ...
网络协议及网络软件框架设计网络协议
>>Drew的主页--->网络协议主页 VxWorks ARM PowerPC 硬件驱动网络协议程序示例下载个人兴趣网络协议及网络软件框架设计网络协议 TCP/IP ( ...
互联网协议 — QUIC 快速 UDP 互联网连接
目录文章目录目录 QUIC QUIC 的特性基于 UDP 可靠性数据流有序交付快速握手安全性连接迁移解决队头阻塞 HTTP/3 支撑 QUIC 的工作原理连接数据流用户态实现 ...
python 全栈开发，Day66(web应用,http协议简介,web框架)
一.web应用 web应用程序是一种可以通过Web访问的应用程序,程序的最大好处是用户很容易访问应用程序,用户只需要有浏览器即可,不需要再安装其他软件.应用程序有两种模式C/S.B/S.C/S是客户端 ...
了解TCP协议,IP协议、ICMP协议和ARP协议（TCP报文，TCP的分成管理，TCP与UDP,TCP的三次握手四次挥手原理）
文章目录了解TCP/IP协议 TCP报文格式 TCP/IP 的分层管理 TCP与UDP TCP的三次握手与四次挥手为什么要三次握手? 为什么要四次挥手? IP数据包格式 ICMP协议 ICMP协议 ...

mqtt协议实现--协议框架和连接管理（1）

mqtt协议实现--协议框架和连接管理（1）相关推荐

最新文章

热门文章