MQTT 协议

1.简介

MQTT协议（Message Queuing Telemetry Transport）是是一种基于发布/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，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）。

2.工作原理：

如上图所示，客户端A连接到消息代理（message broker）,消息代理返回确认消息。客户B发布msg的值为1，客户A订阅‘msg’，消息代理将消息推给客户A，客户A发布msg的值为2，但客户B没有订阅，消息代理不推送。消息B又发布了msg的值为3，客户A就再次收到订阅的消息msg的值为3。最后客户端断开连接。是不是很容易理解。

3.MQTT的消息类型

1 ）CONNECT – 连接服务端：客户端到服务端的网络连接建立后， 客户端发送给服务端的第一个报文必须是CONNECT报文
2 ）CONNACK – 确认连接请求：服务端发送CONNACK报文响应从客户端收到的CONNECT报文。 服务端发送给客户端的第一个报文必须是CONNACK。如果客户端在合理的时间内没有收到服务端的CONNACK报文， 客户端应该关闭网络连接。合理的时间取决于应用的类型和通信基础设施。
3 ）PUBLISH – 发布消息：PUBLISH控制报文是指从客户端向服务端或者服务端向客户端传输一个应用消息。
4 ）PUBACK –发布确认：PUBACK报文是对QoS 1等级的PUBLISH报文的响应。
5 ）PUBREC – 发布收到（ QoS 2， 第一步）：PUBREC报文是对QoS等级2的PUBLISH报文的响应。 它是QoS 2等级协议交换的第二个报文。
6 ）PUBREL – 发布释放（ QoS 2， 第二步）：PUBREL报文是对PUBREC报文的响应。 它是QoS 2等级协议交换的第三个报文。
7 ）PUBCOMP – 发布完成（ QoS 2， 第三步）：PUBCOMP报文是对PUBREL报文的响应。 它是QoS 2等级协议交换的第四个也是最后一个报文。
8 ）SUBSCRIBE - 订阅主题：客户端向服务端发送SUBSCRIBE报文用于创建一个或多个订阅。 每个订阅注册客户端关心的一个或多个主题。 为了将应用消息转发给与那些订阅匹配的主题， 服务端发送PUBLISH报文给客户端。 SUBSCRIBE报文也（ 为每个订阅） 指定了最大的QoS等级， 服务端根据这个发送应用消息给客户端。
9 ）SUBACK – 订阅确认：服务端发送SUBACK报文给客户端， 用于确认它已收到并且正在处理SUBSCRIBE报文。
10 ）UNSUBSCRIBE –取消订阅：客户端发送UNSUBSCRIBE报文给服务端， 用于取消订阅主题。
11 ）UNSUBACK – 取消订阅确认：服务端发送UNSUBACK报文给客户端用于确认收到UNSUBSCRIBE报文。
12 ）PINGREQ – 心跳请求：客户端发送PINGREQ报文给服务端的。 用于：1. 在没有任何其它控制报文从客户端发给服务的时， 告知服务端客户端还活着。2. 请求服务端发送 响应确认它还活着。3. 使用网络以确认网络连接没有断开。
13 ）PINGRESP – 心跳响应：服务端发送PINGRESP报文响应客户端的PINGREQ报文。 表示服务端还活着。
14 ）DISCONNECT –断开连接：DISCONNECT报文是客户端发给服务端的最后一个控制报文。 表示客户端正常断开连接。

4.MQTT消息的QOS

上面所提到的QOS指的是 MQTT支持三种QOS等级：
QoS 0：“最多一次”，消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。分发的消息可能丢失或重复。例如，这个等级可用于环境传感器数据，单次的数据丢失没关系，因为不久后还会有第二次发送。
QoS 1：“至少一次”，确保消息可以到达，但消息可能会重复。
QoS 2：“只有一次”，确保消息只到达一次。例如，这个等级可用在一个计费系统中，这里如果消息重复或丢失会导致不正确的收费。

5. MQTT协议数据包结构

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。MQTT数据包结构如下：
（1）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。
（2）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。
（3）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。

5.1 MQTT数据包类型

位置：byte 1, bits 7-4。

相于一个4位的无符号值，类型如下：

结束：下一篇更新MQTT跑在TLS上，安全性的保障是如何实施。敬请期待