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前言
一、MQTT控制包格式
二、固定包头
- 控制包类型
- 控制包类型标识
- 剩余长度
三、可变包头
- 数据包标识
四、载荷

系列文章目录

MQTT协议详解一、MQTT简介

MQTT协议详解二、MQTT控制包格式

MQTT协议详解三、MQTT控制包（CONNECT）

前言

本章接详细介绍MQTT的控制包数据组成。

一、MQTT控制包格式

MQTT控制包由一下三个部分组成

顺序	名称	描述
1	固定包头	所有MQTT包中
2	可变包头	某些MQTT包中
3	载荷	某些MQTT包中

二、固定包头

Bit	7	6	5	4	3	2	1	0
byte1	控制包类型				控制包类型标识
byte2	剩余长度

控制包类型

位置：第一个字节

名称	值	传输方向	描述
Reserved	0		保留
CONNECT	1	客户端 --> 服务端	客户端连接请求
CONNACK	2	服务端 --> 客户端	服务器响应客户端连接请求
PUBLISH	3	客户端 --> 服务端 OR 服务端 --> 客户端	发布消息
PUBACK	4	客户端 --> 服务端 OR 服务端 --> 客户端	发布消息响应
PUBREC	5	客户端 --> 服务端 OR 服务端 --> 客户端	发布消息到达 (交付第一步 )
PUBREL	6	客户端 --> 服务端 OR 服务端 --> 客户端	发布消息释放 (交付第二步)
PUBCOMP	7	客户端 --> 服务端 OR 服务端 --> 客户端	发布消息完成 (交付第三步)
SUBSCRIBE	8	客户端 --> 服务端	客户端订阅请求
SUBACK	9	服务端 --> 客户端	服务器响应客户端订阅请求
UNSUBSCRIBE	10	客户端 --> 服务端	取消订阅请求
UNSUBACK	11	服务端 --> 客户端	响应取消订阅请求
PINGREQ	12	客户端 --> 服务端	心跳请求
PINGRESP	13	服务端 --> 客户端	心跳响应
DISCONNECT	14	客户端 --> 服务端	客户端断开连接
Reserved	15		保留

控制包类型标识

控制包类型	固定标志	bit3	bit2	bit1	bit0
CONNECT	保留	0	0	0	0
CONNACK	保留	0	0	0	0
PUBLISH	根据实际传输情况设置	DUP	QoS	QoS	RETAIN
PUBACK	保留	0	0	0	0
PUBREC	保留	0	0	0	0
PUBREL	保留	0	0	1	0
PUBCOMP	保留	0	0	0	0
SUBSCRIBE	保留	0	0	1	0
SUBACK	保留	0	0	0	0
UNSUBSCRIBE	保留	0	0	1	0
UNSUBACK	保留	0	0	0	0
PINGREQ	保留	0	0	0	0
PINGRESP	保留	0	0	0	0
DISCONNECT	保留	0	0	0	0

DUP = 重复发送PUBLISH包

QoS = PUBLISH包消息质量

RETAIN = PUBLISH 保留标识

剩余长度

位置：第二个字节

剩余长度是指当前包中的剩余字节，包括可变包头的数据以及载荷。剩余长度不包含用来编码剩余长度的字节。

剩余长度怎么计算呢？说实话，我看了官方的描述很懵逼。但是看代码后就很清晰了。

占用字节	起始数值	结束数值
1	0（0x00）	127（0x7F）
2	128（0x80， 0x01）	16383（0xFF，0x7F）
3	16384（0x80，0x80，0x01）	2097151（0xFF，0xFF，0x7F）
4	2097152（0x80， 0x80，0x80，0x01）	268435455（0xFF，0xFF，0xFF，0x7F）

下面是编码部分代码，可以直接放在—》C语言在线编辑器上试一下

#include <stdio.h>int main(void) { int encodedByte = 0;int X = 2097152;//想要进行编码的长度int index = 1;do{encodedByte = X % 128;X = X / 128;if ( X > 0 )encodedByte = encodedByte | 128;printf("编码第%d字节=%X(HEX)\n",index++,encodedByte);     }while ( X > 0 );return 0;
}

接下来是解码部分代码，也可以在—》C语言在线编辑器上试一下

#include <stdio.h>int main(void) { int multiplier = 1;int buff[4] = {0x80,0x80,0x80,0x01};int value = 0;    int temp = 0;int index = 0;do{temp = buff[index++];//index先运算，再累加value += ( temp & 127) * multiplier;multiplier *= 128;}while((temp & 128) != 0 );printf("MQTT控制包长度%d字节",value);return 0;
}

三、可变包头

某些类型的MQTT控制包包含一个可变包头结构。位于固定包头和载荷之间。可变包头的内容取决于包的类型。可变包头中的包标识符字段在大多类型的包中比较常见。

数据包标识

Bit	7	6	5	4	3	2	1	0
byte1	包标识最高有效位
byte2	包标识最低有效位

许多控制数据包类型的可变报头组件都包含一个2字节的数据包标识符字段。这些控制数据包是PUBLISH（QoS> 0），PUBACK，PUBREC，PUBREL，PUBCOMP，SUBSCRIBE，SUBACK，UNSUBSCRIBE和UNSUBACK。

SUBSCRIBE，UNSUBSCRIBE和PUBLISH（在QoS> 0的情况下）控制包必须包含一个非零的16位包标识符 。每当客户端发送一个新的数据包（以上四种类型）时，客户端必须给该数据包分配一个当前未使用的数据包标识符。如果客户端重新发送一个特定的控制包，则它必须在该包的后续重新发送中使用相同的包标识符。在客户端处理了相应的确认数据包后，数据包标识符就可以重用。在QoS 1 PUBLISH的情况下，这是对应的PUBACK；在QoS 2的情况下，它是PUBCOMP。对于SUBSCRIBE或UNSUBSCRIBE，它是对应的SUBACK或UNSUBACK 。当服务器发送QoS> 0 的PUBLISH时，同样的条件也适用于服务器。

如果其QoS值设置为0，则PUBLISH数据包不得包含数据包标识符。因为Qos=0时，是不会得到响应的。

PUBACK，PUBREC或PUBREL数据包必须包含与最初发送的PUBLISH数据包相同的数据包标识符。类似地，SUBACK和UNSUBACK必须包含分别在相应的SUBSCRIBE和UNSUBSCRIBE数据包中使用的数据包标识符。

控制包类型	是否包含标识符字段
CONNECT	否
CONNACK	否
PUBLISH	是（当Qos>0时）
PUBACK	是
PUBREC	是
PUBREL	是
PUBCOMP	是
SUBSCRIBE	是
SUBACK	是
UNSUBSCRIBE	是
UNSUBACK	是
PINGREQ	否
PINGRESP	否
DISCONNECT	否

客户端和服务端各自独立分配唯一标识。但是，一对客户端和服务端交换数据的时候可以使用相同的唯一标识。

四、载荷

有些MQTT控制包的最后一部分会包含载荷。其实负载就是想要传递的数据。

控制包类型	负载
CONNECT	必须
CONNACK	无
PUBLISH	可选（可以空载）
PUBACK	无
PUBREC	无
PUBREL	无
PUBCOMP	无
SUBSCRIBE	必须
SUBACK	必须
UNSUBSCRIBE	必须
UNSUBACK	无
PINGREQ	无
PINGRESP	无
DISCONNECT	无

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