MQTT 简介

MQTT 协议简介

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是专门针对物联网开发的轻量级传输协议。MQTT协议针对低带宽网络,低计算能力的设备,做了特殊的优化,使得其能适应各种物联网应用场景。

为何选择 MQTT

低协议开销

MQTT 的独特之处在于，它的每消息标题可以短至 2 个字节。MQ 和 HTTP 都拥有高得多的每消息开销。对于 HTTP，为每个新请求消息重新建立 HTTP 连接会导致重大的开销。MQ 和 MQTT 所使用的永久连接显著减少了这一开销。

对不稳定网络的容忍

MQTT 和 MQ 能够从断开等故障中恢复，而且没有进一步的代码需求。但是，HTTP 无法原生地实现此目的，需要客户端重试编码，这可能增加幂等性问题。

低功耗

MQTT 是专门针对低功耗目标而设计的。HTTP 的设计没有考虑此因素，因此增加了功耗。

数百万个连接的客户端

在 HTTP 堆栈上，维护数百万个并发连接，需要做许多的工作来提供支持。尽管可以实现此支持，但大多数商业产品都为处理这一数量级的永久连接而进行了优化。IBM 提供了 IBM MessageSight，这是一个单机架装载服务器，经过测试能处理多达 100 万个通过 MQTT 并发连接的设备。相反，MQ 不是为大量并发客户端而设计的。

推送通知

您需要能够及时地将通知传递给客户。为此，必须采用某种定期轮询或推送方法；从电池、系统负载和带宽角度讲，推送是最佳解决方案。

我们的企业可能需要在没有第三方中介的情况下发送敏感的信息。这降低了特定于操作系统的解决方案（比如 Apple iOS、Google Play 通知）作为主要传输机制的价值。

HTTP 只允许使用一种称为COMET 的方法，使用持久的 HTTP 请求来执行推送。从客户端和服务器的角度讲，此方法都很昂贵。MQ 和 MQTT 都支持推送，这是它们的一个基本特性。

客户端平台差异

HTTP 和 MQTT 客户端都已在大量平台上实现。MQTT 的简单性有助于以极少的精力在额外的客户端上实现 MQTT。

防火墙容错

一些企业防火墙将出站连接限制到一些已定义的端口。这些端口通常被限制为 HTTP（80 端口）、HTTPS（443 端口）等。HTTP 显然可以在这些情况下运行。MQTT 可封装在一个 WebSockets 连接中，显示为一个 HTTP 升级请求，从而允许在这些情况下运行。MQ 不允许采用这种模式。

事实上，MQTT的应用非常之广泛，几乎现在随便找一家大型的硬件、互联网企业，都可以找到MQTT的身影，例如Facebook、BP、alibaba、baidu等等

MQTT 通讯运作方式

使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合;

1.在MQTT通讯过程中，有三种身份，分别是发布者（publisher）、代理（broker）、和订阅者（subscriber）。
2.MQTT传输的消息分为：主题（topic）和负载（payload）两部分：

客户端向代理发布topic的消息到代理（MQTT服务程序），代理将该消息推送到所有订阅该topic的客户端。
（发布消息的客户端就是发布者，订阅topic消息的客户端就是订阅者）

MQTT 协议帧格式

在MQTT协议中，一个MQTT数据包由：固定头（Fixed header）、可变头（Variable header）、消息体（payload）三部分构成。

协议帧 = 固定头部+可变头部+消息体

固定头部 2B

固定头和可变头一般调用接口函数自动完成拼装,并不需要我们手动写，只做了解。

Message type（报文类型）有如下种类：

• CONNECT//请求连接
• CONNACK//请求应答
• PUBLISH//发布消息
• PUBACK//发布应答
• PUBREC//发布已接收，保证传递1
• PUBREL//发布释放，保证传递2
• PUBCOMP//发布完成，保证传递3
• SUBSCRIBE//订阅请求
• SUBACK//订阅应答
• UNSUBSCRIBE//取消订阅
• UNSUBACK//取消订阅应答
• PINGREQ//ping请求
• PINGRESP//ping响应
• DISCONNECT//断开连接

可变头部 nB

固定头和可变头一般调用接口函数自动完成拼装,并不需要我们手动写，只做了解。

可变头的内容因数据包类型而不同，较常的应用是作为包的标识,很多类型数据包中都包括一个2字节的数据包标识字段。

注：
上面2个图，是同一内容不同方面的画法。

消息体

包含 CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE 四种类型的消息。

MQTT协议规定的五种方法

注：
这5种方法非常重要，无论在那个框架里这是通用的。

QoS

MQTT支持三种消息发布服务质量(QoS)
对消息中间件，估计大家不得不关心的就是消息的可靠性，也就是消息的发布服务质量，可喜的是，MQTT支持三种消息发布服务质量(QoS)：

• “至多一次”(QoS==0)
  消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。
  会发生消息丢失或重复。
  这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。

• “至少一次”(QoS==1)
  确保消息到达，但消息重复可能会发生。

• “只有一次”(QoS==2)
  确保消息到达一次。
  这一级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。
  小型传输，开销很小（固定长度的头部是 2 字节），协议交换最小化，以降低网络流量。

通过设置协议帧中的“可变头部”中的Qos位指定

作者：bandaoyu
链接：https://blog.csdn.net/bandaoyu/article/details/104311367
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