MQTT协议，终于有人讲清楚了
6步！教你写一个mqtt调试助手_GREYWALL-CSDN博客点击上方“小麦大叔”，选择“置顶/星标公众号”福利干货，第一时间送达大家好，我是小麦，之前写过一篇MQTT的文章，里面用来测试的mqtt client程序是自己编译的。可以参考上一篇文章《...
https://great.blog.csdn.net/article/details/120898177
加入千人技术交流群https://t.1yb.co/FOLAhttps://t.1yb.co/FOLA
大家好，我是小麦，最近做了一个物联网的项目，顺便总结一下MQTT协议。大家都知道，MQTT协议在物联网中很常用，如果你对此还不是很了解，相信这篇文章可以带你入门。
mqtt协议
1 MQTT协议特点
发布和订阅
QoS（Quality of Service levels）
2 MQTT 数据包结构
2.1 MQTT固定头
2.2 MQTT可变头 / Variable header
2.3 Payload消息体
3 环境搭建
3.1 MQTT服务器搭建
3.2 MQTT Client
4 总结
mqtt协议
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协议上，由IBM在1999年发布。
MQTT最大优点在于，用极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。
作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。
1 MQTT协议特点
MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。
MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。
其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。
MQTT协议当前版本为，2014年发布的MQTT v3.1.1。除标准版外，还有一个简化版MQTT-SN，该协议主要针对嵌入式设备，这些设备一般工作于TCP/IP网络，如：ZigBee。
MQTT 与 HTTP 一样，MQTT 运行在传输控制协议/互联网协议 (TCP/IP) 堆栈之上。
发布和订阅
MQTT使用的发布/订阅消息模式，它提供了一对多的消息分发机制，从而实现与应用程序的解耦。
这是一种消息传递模式，消息不是直接从发送器发送到接收器（即点对点），而是由MQTT server（或称为 MQTT Broker）分发的。
MQTT 服务器是发布-订阅架构的核心。
它可以非常简单地在Raspberry Pi或NAS等单板计算机上实现，当然也可以在大型机或 Internet 服务器上实现。
服务器分发消息，因此必须是发布者，但绝不是订阅者！
客户端可以发布消息（发送方）、订阅消息（接收方）或两者兼而有之。
客户端（也称为节点）是一种智能设备，如微控制器或具有 TCP/IP 堆栈和实现 MQTT 协议的软件的计算机。
消息在允许过滤的主题下发布。主题是分层划分的 UTF-8 字符串。不同的主题级别用斜杠/作为分隔符号。
我们来看看下面的设置。
光伏发电站是发布者（
Publisher）。主要主题（
Topic）级别是"PV"，这个工厂发布两个子级别"sunshine"和"data"；"PV/sunshine"是一个布尔值（true/false，也可以是 1/0），充电站需要它来知道是否应该装载电动汽车（仅在阳光普照时 :)）。充电站（EVSE）是订阅者，订阅
"PV/sunshine"从服务器获取信息。"PV/data"另一方面，以 kW 为单位传输工厂产生的瞬时功率，并且该主题可以例如通过计算机或平板电脑订阅，以生成一天内传输功率的图表。
这就是一个简单的MQTT的应用场景，具体如下图所示；
QoS（Quality of Service levels）
服务质量是 MQTT 的一个重要特性。当我们使用 TCP/IP 时，连接已经在一定程度上受到保护。但是在无线网络中，中断和干扰很频繁，MQTT 在这里帮助避免信息丢失及其服务质量水平。这些级别在发布时使用。如果客户端发布到 MQTT 服务器，则客户端将是发送者，MQTT 服务器将是接收者。当MQTT服务器向客户端发布消息时，服务器是发送者，客户端是接收者。
QoS 0
这一级别会发生消息丢失或重复，消息发布依赖于底层TCP/IP网络。即：<=1
QoS 1
QoS 1 承诺消息将至少传送一次给订阅者。
QoS 2
使用 QoS 2，我们保证消息仅传送到目的地一次。为此，带有唯一消息 ID 的消息会存储两次，首先来自发送者，然后是接收者。QoS 级别 2 在网络中具有最高的开销，因为在发送方和接收方之间需要两个流。
2 MQTT 数据包结构
固定头（Fixed header），存在于所有MQTT数据包中，表示数据包类型及数据包的分组类标识；可变头（Variable header），存在于部分MQTT数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容；消息体（Payload），存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到的具体内容；
整体MQTT的消息格式如下图所示；
2.1 MQTT固定头
固定头存在于所有MQTT数据包中，其结构如下：
下面简单分析一下固定头的消息格式；
MQTT消息类型 / message type
**位置：**byte 1, bits 7-4。
4位的无符号值，类型如下：
| 名称 | 值 | 流方向 | 描述 |
|---|---|---|---|
| Reserved | 0 | 不可用 | 保留位 |
| CONNECT | 1 | 客户端到服务器 | 客户端请求连接到服务器 |
| CONNACK | 2 | 服务器到客户端 | 连接确认 |
| PUBLISH | 3 | 双向 | 发布消息 |
| PUBACK | 4 | 双向 | 发布确认 |
| PUBREC | 5 | 双向 | 发布收到（保证第1部分到达） |
| PUBREL | 6 | 双向 | 发布释放（保证第2部分到达） |
| PUBCOMP | 7 | 双向 | 发布完成（保证第3部分到达） |
| SUBSCRIBE | 8 | 客户端到服务器 | 客户端请求订阅 |
| SUBACK | 9 | 服务器到客户端 | 订阅确认 |
| UNSUBSCRIBE | 10 | 客户端到服务器 | 请求取消订阅 |
| UNSUBACK | 11 | 服务器到客户端 | 取消订阅确认 |
| PINGREQ | 12 | 客户端到服务器 | PING请求 |
| PINGRESP | 13 | 服务器到客户端 | PING应答 |
| DISCONNECT | 14 | 客户端到服务器 | 中断连接 |
| Reserved | 15 | 不可用 | 保留位 |
标识位 / DUP
**位置：**byte 1, bits 3-0。
在不使用标识位的消息类型中，标识位被作为保留位。如果收到无效的标志时，接收端必须关闭网络连接：
| 数据包 | 标识位 | Bit 3 | Bit 2 | Bit 1 | Bit 0 |
|---|---|---|---|---|---|
| CONNECT | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| CONNACK | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PUBLISH | MQTT 3.1.1使用 | DUP1 | QoS2 | QoS2 | RETAIN3 |
| PUBACK | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PUBREC | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PUBREL | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PUBCOMP | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| SUBSCRIBE | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| SUBACK | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| UNSUBSCRIBE | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| UNSUBACK | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PINGREQ | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PINGRESP | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| DISCONNECT | 保留位 | 0 | 0 | 0 | 0 |
DUP：发布消息的副本。用来在保证消息的可靠传输，如果设置为 1，则在下面的变长中增加MessageId，并且需要回复确认，以保证消息传输完成，但不能用于检测消息重复发送。QoS发布消息的服务质量（前面已经做过介绍），即：保证消息传递的次数00：最多一次，即：<=101：至少一次，即：>=110：一次，即：=111：预留
RETAIN：发布保留标识，表示服务器要保留这次推送的信息，如果有新的订阅者出现，就把这消息推送给它，如果设有那么推送至当前订阅者后释放。
剩余长度（Remaining Length）
位置：byte 1。
固定头的第二字节用来保存变长头部和消息体的总大小的，但不是直接保存的。这一字节是可以扩展，其保存机制，前7位用于保存长度，后一部用做标识。当最后一位为 1时，表示长度不足，需要使用二个字节继续保存。例如：计算出后面的大小为0
2.2 MQTT可变头 / Variable header
MQTT数据包中包含一个可变头，它驻位于固定的头和负载之间。可变头的内容因数据包类型而不同，较常的应用是做为包的标识：
| Bit | 7 — 0 |
|---|---|
| byte 1 | 包标签符（MSB） |
| byte 2… | 包标签符（LSB） |
很多类型数据包中都包括一个2字节的数据包标识字段，这些类型的包有：
PUBLISH (QoS > 0)、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、
SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK
2.3 Payload消息体
Payload消息体是MQTT数据包的第三部分，CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四种类型的消息 有消息体：
CONNECT，消息体内容主要是：客户端的ClientID、订阅的Topic、Message以及用户名和密码SUBSCRIBE，消息体内容是一系列的要订阅的主题以及QoS。SUBACK，消息体内容是服务器对于SUBSCRIBE所申请的主题及QoS进行确认和回复。UNSUBSCRIBE，消息体内容是要订阅的主题。
3 环境搭建
介绍完基础理论部分，下面在Windows平台上搭建一个简单的MQTT应用，进行简单的应用，整体架构如下图所示；
3.1 MQTT服务器搭建
目前MQTT代理的主流平台有下面几个：
Mosquitto：https://mosquitto.org/
VerneMQ：https://vernemq.com/
EMQTT：http://emqtt.io/
本文将使用 Mosquitoo 进行测试，进入到安装页面，下载自己电脑的系统所适配的程序；
安装成功之后，进入到安装路径下，找到mosquitto.exe；
按住Shift，右键鼠标点击空白处，然后打开Powershell，正常打开一个终端软件即可；
输入
./mosquitto.exe -h可以查看相应的帮助；输入
./mosquitto.exe -p 10086，就开启了MQTT服务，监听的地址是127.0.0.1，端口是10086；
具体如下图所示；
3.2 MQTT Client
服务器搭建好了，下面就是开启客户端，进行发布和订阅，这样就可以传输相应的消息。
这里我使用的是自己编译了一个QT mqtt client 程序，是基于Qt的官方库进行编译的，下面打开这个软件，下一期简单介绍一下如何完成这个客户端，并设置好相应参数：
地址：
127.0.0.1端口：
10086
然后订阅主题，就可以互相发送数据了，具体如下图所示；
结合前面的图片来看，整体的架构如下所示；
4 总结
本文简单介绍了MQTT协议的工作原理，以及相应的协议格式，简单介绍了协议的一些细节，具体举出了相应的应用场景，作者水平和能力有限，文中难免存在错误和纰漏，请大佬不吝赐教。
本期就到此结束了，我是小麦，我们下期再见。
—— The End ——
推荐好文
RingBuff在多核通讯之间的妙用
STM32使用DMA发送串口数据
BLDC驱动入门最简教程
Sourcetail 一款代码编辑神器，让看源码如丝般顺滑
原创不易，欢迎转发、留言、点赞、分享给你的朋友，感谢您的支持！
长按识别二维码关注我
你点的每个好看，我都认真当成了喜欢
MQTT协议，终于有人讲清楚了相关推荐
- 这么多年，终于有人讲清楚Transformer了
作者 | Jay Alammar 译者 | 香槟超新星,责编 | 夕颜 来源 | CSDN(ID:CSDNnews) 注意力机制是一种在现代深度学习模型中无处不在的方法,它有助于提高神经机器翻译应用程 ...
- 水晶报表中对某一栏位值进行处理_终于有人讲清楚了，BI和报表的差异!
IT系统自带报表功能,为什么还要额外采购BI? 报表和BI都能做数据分析,区别在哪里? 加班加点做了那么多表,为什么还不满足老板需求? 报表分析需要IT团队来开发,那BI呢? 这些应该是大家对商业智能 ...
- Go字符串比较，终于有人讲清楚了
西娅(Thea)是一个刚刚入门Go语言的妹子程序员,今天她遇到了一个让她"surprise"的问题.下面就是那段让妹子西娅困惑的Go代码: func main() {s1 := & ...
- 金融的本质是什么？终于有人讲清楚了！（源于网络）
众所周知,金融行业是一个"多金"的行业,但凡有人在金融圈混,我们都会觉得他自带"光环". 这是为何呢?因为大部分人不懂金融.因为稀缺,所以信息不对等就会存在,而 ...
- 这么多年，终于有人讲清楚 Transformer 了！
注意力机制是一种在现代深度学习模型中无处不在的方法,它有助于提高神经机器翻译应用程序性能的概念.在本文中,我们将介绍Transformer这种模型,它可以通过注意力机制来提高训练模型的速度.在特定任务 ...
- mysql索引失效_MySQL索引失效的底层原理详解，终于有人讲清楚了
前言 吊打面试官又来啦,今天我们讲讲MySQL索引为什么会失效,很多文章和培训机构的教程,都只会告诉你,在什么情况下索引会失效. 比如:没遵循最佳左前缀法则.范围查询的右边会失效.like查询用不到索 ...
- BI和报表等于数据分析？终于有人讲清楚了它们的区别
调研发现,很多人对BI的理解侧重于数据的分析和展示,BI更多地被等同于数据分析与数据可视化.因此在大多数企业中,BI更多地是指分析和前端展示工具,而不是一个完整的体系. <商业智能白皮书> ...
- RabbitMQ实现即时通讯-MQTT协议
有时候我们的项目中会用到即时通讯功能,比如电商系统中的客服聊天功能,还有在支付过程中,当用户支付成功后,第三方支付服务会回调我们的回调接口,此时我们需要通知前端支付成功.最近发现RabbitMQ可以很 ...
- 物联网MQTT协议详解
一.什么是MQTT协议 Message Queuing Telemetry Transport:消息队列遥测传输协议.是一种基于客户端-服务端的发布/订阅模式.与 HTTP 一样,基于TCP/IP协议 ...
最新文章
- mysql平均锁_MySQL锁情况分析
- 最全Python算法实现资源汇总！
- python 模拟浏览器selenium 微信_Spider-Python爬虫之使用Selenium模拟浏览器行为
- wget 下载一个网站所有文件
- mysql 报错注入 读文件_SQL注入-读写文件
- 写了 15 年代码，总结出提升 10 倍效率的三件事
- python在工厂中的运用_在python中使用元类实现工厂设计模式
- Python | threading02 - 互斥锁解决多个线程之间随机调度，造成“线程不安全”的问题。
- 视觉SLAM十四讲学习笔记-第七讲-视觉里程计-对极几何和对极约束、本质矩阵、基础矩阵
- Python 父目录获取
- Bad client credentials
- 相似矩阵、矩阵的相似对角化
- 安科瑞企业微电网能效管理平台在某食品加工厂35kV变电站应用分析
- 炫酷的 loding效果（canvas）
- git fatal: detected dubious ownership in repository
- PIL中paste粘贴遇到的问题
- android Twitter第三方登陆
- 最全面的Android工程师知识图谱推荐
- 3 年 CRUD 从 8K 涨到 28K，谁知道这4个月我到底经历了什么？
- can例程 ecu_基于CAN的ECU刷写流程