MQTT 的全称为 Message Queue Telemetry Transport(消息队列遥测传输协议)是在 1999 年由 IBM 的 Andy Stanford-Clark 和 Arcom 的 Arlen Nipper 为了一个通过卫星网络连接输油管道的项目开发的。为了满足低电量消耗和低网络带宽的需求,MQTT 协议在设计之初就包含了以下一些特点:

  • 实现简单
  • 提供数据传输的 QoS
  • 轻量、占用带宽低
  • 可传输任意类型的数据
  • 可保持的会话(session)

之后 IBM 一直将 MQTT 作为一个内部协议在其产品中使用,直到 2010 年,IBM 公开发布了 MQTT 3.1 版本。 在 2014 年,MQTT 协议正式成为了 OASIS(结构化信息标准促进组织)的标准协议。简单地来说MQTT协议具有以下特性:

基于 TCP 协议的应用层协议;

  • 采用 C/S 架构;
  • 使用订阅/发布模式,将消息的发送方和接受方解耦;
  • 提供 3 种消息的 QoS(Quality of Service): 至多一次,最少一次,只有一次;
  • 收发消息都是异步的,发送方不需要等待接收方应答。

下文将从以下四个方面对MQTT的基础概念进行介绍:

  • MQTT 协议的通信模型
  • MQTT Client
  • MQTT Broker
  • MQTT协议数据包

# 1. MQTT 协议的通信模型

MQTT 的通信是通过发布/订阅的方式来实现的,订阅和发布又是基于主题(Topic)的。 发布方和订阅方通过这种方式来进行解耦,它们没有直接地连接,它们需要一个中间方。 在 MQTT 里面我们称之为 Broker,用来进行消息的存储和转发。一次典型的 MQTT 消息通信流程如下所示:

  1. 发布方(Publisher)连接到Broker;
  2. 订阅方(Subscriber)连接到Broker,并订阅主题Topic1;
  3. 发布方(Publisher)发送给Broker一条消息,主题为Topic1;
  4. Broker收到了发布方的消息,发现订阅方(Subscriber)订阅了Topic1,然后将消息转发给订阅方(Subscriber);
  5. 订阅方从Broker接收该消息;

MQTT通过订阅与发布模型对消息的发布方和订阅方进行解耦后,发布方在发布消息时并不需要订阅方也连接到Broker,只要订阅方之前订阅过相应主题,那么它在连接到Broker之后就可以收到发布方在它离线期间发布的消息。我们可以称这种消息为离线消息。

在该通信模型中,有两组身份需要区别:

  • 一组是发布方Publisher和订阅方Subscriber
  • 另一组是发送方Sender和接收方Receiver

# 1.1. Publisher和Subscriber

publisher和subscriber是相对于Topic来说的身份,如果一个Client向某个Topic发布消息,那么这个Client就是publisher; 如果一个Client订阅了某个Topic,那么它就是Subscriber。

# 1.2. Sender和Receiver

Sender和Receiver则是相对于消息传输方向的身份。当publisher向Broker发送消息时,那么此时publisher是sender,Broker是receiver; 当Broker转发消息给subscriber时,此时Broker是sender,subscriber是receiver。

# 2. MQTT Client

Publisher 和 Subscriber 都属于 Client,Publisher 或者 Subscriber 只取决于该 Client 当前的状态——是在发布消息还是在订阅消息。 当然,一个 Client 可以同时是 Publisher 和 Subscriber。 client的范围很广,任何终端、嵌入式设备、服务器只要运行了MQTT的库或者代码,都可以称为MQTT Client。 MQTT Client库很多语言都有实现,可以在这个网址中找到:MQTT Client库大全 (opens new window)

# 3. MQTT Broker

MQTT Broker负责接收Publisher的消息,并发送给相应的Subscriber,是整个MQTT 订阅/发布的核心。 现在很多云服务器提供商都有提供MQTT 服务,比如阿里云、腾讯云等。 当然我们自己也可以搭建一个MQTT Broker

TIP

常见的MQTT Broker有Eclipse Mosquitto (opens new window) , EMQ X Broker (opens new window)和 HiveMQ等 个人推荐EMQ X Broker,国人开发,开源,自带一个web管理界面,非常方便。 更多客户端和服务端参见:https://github.com/mqtt/mqtt.org/wiki/libraries

# 4. MQTT协议数据包

MQTT 协议数据包的消息格式为:固定头|可变头|消息体

由下面三个部分组成:

  • 固定头(Fixed header): 存在于所有的MQTT数据包中,用于表示数据包类型及对应标志、数据包大小等;
  • 可变头(Variable header): 存在于部分类型的MQTT数据包中,具体内容是由相应类型的数据包决定的;
  • 消息体(Payload): 存在于部分的MQTT数据包中,存储消息的具体数据。

# 4.1. 固定头

固定头格式:

固定头的第一个字节的高4位Bit用于表示该数据包的类型,MQTT的数据包有以下一些类型:

# 4.2. 可变头

可变报文头主要包含协议名、协议版本、连接标志(Connect Flags)、心跳间隔时间(Keep Alive timer)、连接返回码(Connect Return Code)、主题名(Topic Name)等,后面会针对此部分进行具体讲解。

# 4.3. 消息体

当MQTT发送的消息类型是CONNECT(连接)、PUBLISH(发布)、SUBSCRIBE(订阅)、SUBACK(订阅确认)、UNSUBSCRIBE(取消订阅)时,则会带有负荷。

# 参考

https://blog.csdn.net/programguo/article/details/100035935

https://github.com/mqtt/mqtt.org/wiki/libraries

上次更新: 2022/9/23 13:38:29