MQTT协议－MQTT协议简介及协议原理

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，可以以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。做为一种低开销、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​​
2. ​MQTT协议原理​

• ​​2.1 MQTT协议实现方式​​
• ​​2.2 网络传输与应用消息​​
• ​​2.3 MQTT客户端​​
• ​​2.4 MQTT服务器​​
• ​​2.5 MQTT协议中的订阅、主题、会话​​
• ​​2.6 MQTT协议中的方法​​

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百TCP/IP网络，如：ZigBee。

MQTT协议运行在​​TCP/IP​​或其他网络协议，提供有序、无损、双向连接。其特点包括：

1. 使用的发布/订阅消息模式，它提供了一对多消息分发，以实现与应用程序的解耦。
2. 对负载内容屏蔽的消息传输机制。
3. 对传输消息有三种服务质量（QoS）：

• ​

  ​最多一次​

  ​，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

• ​至多一次​

  ​，这一级别会确保消息到达，但消息可能会重复。即：>=1

• ​只有一次​

  ​，确保消息只有一次到达。即：＝1。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别

1. 数据传输和协议交换的最小化（协议头部只有2字节），以减少网络流量
2. 通知机制，异常中断时通知传输双方

2. ​

​MQTT​

​协议原理

2.1 ​

​MQTT​

​协议实现方式

• 实现​

  ​MQTT​

  ​协议需要：​

  ​客户端​

  ​和​

  ​服务器端​

• ​MQTT​

  ​协议中有三种身份：​

  ​发布者（Publish）​

  ​、​

  ​代理（Broker）​

  ​（服务器）、​

  ​订阅者（Subscribe）​

  ​。其中，消息的​

  ​发布者​

  ​订阅者​

  ​都是客户端，消息​

  ​代理​

  ​是服务器，消息​

  ​发布者​

  ​可以同时是​

  ​订阅者​

  ​。

• ​MQTT​

  ​传输的消息分为：​

  ​主题（Topic）​

  ​负载（payload）​

  ​两部分

• ​Topic​

  ​，可以理解为消息的类型，​

  ​订阅者​

  ​订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息内容（​

  ​payload​

  ​）

• ​payload​

  ​，可以理解为消息的内容，是指​

  ​订阅者​

  ​具体要使用的内容

2.2 网络传输与应用消息

​MQTT​

​会构建底层网络传输：它将建立客户端到服务器的连接，提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。

当应用数据通过​

​MQTT​

​网络发送时，​

​MQTT​

​会把与之相关的服务质量（QoS）和主题名（Topic）相关连。

2.3 ​

​MQTT​

​客户端

一个使用​

​MQTT​

​协议的应用程序或者设备，它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以：

• 发布其他客户端可能会订阅的信息
• 订阅其它客户端发布的消息
• 退订或删除应用程序的消息
• 断开与服务器连接

2.4 ​

​MQTT​

​服务器

​MQTT​

​服务器以称为“消息代理”（Broker），可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息​

​发布者​

​订阅者​

​之间，它可以：

• 接受来自客户的网络连接
• 接受客户发布的应用信息
• 处理来自客户端的订阅和退订请求
• 向订阅的客户转发应用程序消息

2.5 ​

​MQTT​

​协议中的订阅、主题、会话

订阅（Subscription）

订阅包含主题筛选器（Topic Filter）和最大服务质量（QoS）。订阅会与一个会话（Session）关联。一个会话可以包含多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。

会话（Session）

每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话，客户端和服务器之间有状态交互。会话存在于一个网络之间，也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。

主题名（Topic Name）

连接到一个应用程序消息的标签，该标签与服务器的订阅相匹配。服务器会将消息发送给订阅所匹配标签的每个客户端。

主题筛选器（Topic Filter）

一个对主题名通配符筛选器，在订阅表达式中使用，表示订阅所匹配到的多个主题。

负载（Payload）

消息订阅者所具体接收的内容

2.6 ​

​MQTT​

​协议中的方法

​MQTT​

​协议中定义了一些方法（也被称为动作）， 来于表示对确定资源所进行操作。 这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据，这取决于服务器的实现。通常来说，资源指服务器上的文件或输出。

Connect，等待与服务器建立连接

Disconnect，等待​

​MQTT​

​客户端完成所做的工作，并与服务器断开TCP/IP会话