MQTT協(xié)議簡(jiǎn)介及協(xié)議原理

1:簡(jiǎn)介

???? MQTT(Message Queuing Telemetry Transport途戒,消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議)拜隧,是一種基于發(fā)布/訂閱(publish/subscribe)模式的“輕量級(jí)”通訊協(xié)議奋渔,該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上,由IBM在1999年發(fā)布。MQTT最大優(yōu)點(diǎn)在于,可以以極少的代碼和有限的帶寬巡扇,為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)扭仁。做為一種低開(kāi)銷垮衷、低帶寬占用的即時(shí)通訊協(xié)議,使其在物聯(lián)網(wǎng)乖坠、小型設(shè)備搀突、移動(dòng)應(yīng)用等方面有較廣泛的應(yīng)用。

2:MQTT協(xié)議

MQTT是一個(gè)基于客戶端-服務(wù)器的消息發(fā)布/訂閱傳輸協(xié)議熊泵。MQTT協(xié)議是輕量仰迁、簡(jiǎn)單、開(kāi)放和易于實(shí)現(xiàn)的顽分,這些特點(diǎn)使它適用范圍非常廣泛徐许。在很多情況下,包括受限的環(huán)境中卒蘸,如:機(jī)器與機(jī)器(M2M)通信和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)雌隅。其在翻默,通過(guò)衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號(hào)的醫(yī)療設(shè)備恰起、智能家居修械、及一些小型化設(shè)備中已廣泛使用。

MQTT協(xié)議當(dāng)前版本為检盼,2014年發(fā)布的MQTT v3.1.1肯污。除標(biāo)準(zhǔn)版外,還有一個(gè)簡(jiǎn)化版MQTT-SN吨枉,該協(xié)議主要針對(duì)嵌入式設(shè)備蹦渣,這些設(shè)備一般工作于百TCP/IP網(wǎng)絡(luò),如:ZigBee貌亭。

MQTT協(xié)議技術(shù)文檔:點(diǎn)此進(jìn)入剂桥,當(dāng)然也有PDF版的,百度一下属提,不過(guò)個(gè)人感覺(jué)不是官網(wǎng)上的字體和排版最舒服权逗。

MQTT協(xié)議運(yùn)行在TCP/IP或其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,提供有序冤议、無(wú)損斟薇、雙向連接。

3:MQTT特點(diǎn)

MQTT協(xié)議是為大量計(jì)算能力有限恕酸,且工作在低帶寬堪滨、不可靠的網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程傳感器和控制設(shè)備通訊而設(shè)計(jì)的協(xié)議。

它具有以下主要的幾項(xiàng)特性:

3.1:使用發(fā)布/訂閱消息模式蕊温,提供一對(duì)多的消息發(fā)布袱箱,解除應(yīng)用程序耦合:

這一點(diǎn)很類似于XMPP,但是MQTT的信息冗余遠(yuǎn)小于XMPP(因?yàn)閄MPP使用的是XML這種格式來(lái)傳遞數(shù)據(jù)义矛,你懂的)发笔。

3.2:對(duì)負(fù)載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸。

3.3:使用TCP/IP提供網(wǎng)絡(luò)連接:

主流的MQTT是基于TCP連接進(jìn)行數(shù)據(jù)推送的凉翻,但是同樣有基于UDP的版本了讨,叫做MQTT-SN。這兩種版本由于基于不同的連接方式制轰,優(yōu)缺點(diǎn)自然也就各有不同了前计。

3.4:有三種消息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量:

[0] “至多一次”,消息發(fā)布完全依賴底層TCP/IP網(wǎng)絡(luò)垃杖。會(huì)發(fā)生消息丟失或重復(fù):

這一級(jí)別可用于如下情況男杈,環(huán)境傳感器數(shù)據(jù),丟失一次讀記錄無(wú)所謂调俘,因?yàn)椴痪煤筮€會(huì)有第二次發(fā)送伶棒。這一種方式主要普通APP的推送泉瞻,倘若你的智能設(shè)備在消息推送時(shí)未聯(lián)網(wǎng),推送過(guò)去沒(méi)收到苞冯,再次聯(lián)網(wǎng)也就收不到了袖牙。

[1] “至少一次”,確保消息到達(dá)舅锄,但消息重復(fù)可能會(huì)發(fā)生:

這一種方式比較雞肋鞭达,在我的想象中沒(méi)能想到這種質(zhì)量的發(fā)送在常規(guī)的APP開(kāi)發(fā)中有什么用處。

[2] “只有一次”皇忿,確保消息到達(dá)一次:

這一級(jí)別可用于如下情況畴蹭,在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中,消息重復(fù)或丟失會(huì)導(dǎo)致不正確的結(jié)果鳍烁。這種最高質(zhì)量的消息發(fā)布服務(wù)還可以用于即時(shí)通訊類的APP的推送叨襟,確保用戶收到且只會(huì)收到一次。

3.5:小型傳輸幔荒,開(kāi)銷很泻觥(固定長(zhǎng)度的頭部是2字節(jié)),協(xié)議交換最小化爹梁,以降低網(wǎng)絡(luò)流量:

這就是為什么在介紹里說(shuō)它非常適合“在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域右犹,傳感器與服務(wù)器的通信,信息的收集”姚垃,要知道嵌入式設(shè)備的運(yùn)算能力和帶寬都相對(duì)薄弱念链,使用這種協(xié)議來(lái)傳遞消息再適合不過(guò)了。

3.6:使用Last

Will和Testament特性通知有關(guān)各方客戶端異常中斷的機(jī)制:

Last Will:即遺言機(jī)制积糯,用于通知同一主題下的其他設(shè)備發(fā)送遺言的設(shè)備已經(jīng)斷開(kāi)了連接掂墓。

Testament:遺囑機(jī)制,功能類似于Last Will 看成。

4:MQTT協(xié)議原理

4.1:MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)方式


實(shí)現(xiàn)MQTT協(xié)議需要:客戶端和服務(wù)器端

MQTT協(xié)議中有三種身份:發(fā)布者(Publish)君编、代理(Broker)(服務(wù)器)、訂閱者(Subscribe)绍昂。其中啦粹,消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端,消息代理是服務(wù)器窘游,消息發(fā)布者可以同時(shí)是訂閱者。

MQTT傳輸?shù)南⒎譃椋褐黝}(Topic)和負(fù)載(payload)兩部分

Topic跳纳,可以理解為消息的類型忍饰,訂閱者訂閱(Subscribe)后,就會(huì)收到該主題的消息內(nèi)容(payload)

payload寺庄,可以理解為消息的內(nèi)容艾蓝,是指訂閱者具體要使用的內(nèi)容

4.2:網(wǎng)絡(luò)傳輸與應(yīng)用消息

????MQTT會(huì)構(gòu)建底層網(wǎng)絡(luò)傳輸:它將建立客戶端到服務(wù)器的連接力崇,提供兩者之間的一個(gè)有序的、無(wú)損的赢织、基于字節(jié)流的雙向傳輸亮靴。

當(dāng)應(yīng)用數(shù)據(jù)通過(guò)MQTT網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時(shí),MQTT會(huì)把與之相關(guān)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)和主題名(Topic)相關(guān)連于置。

4.3:MQTT客戶端

一個(gè)使用MQTT協(xié)議的應(yīng)用程序或者設(shè)備茧吊,它總是建立到服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接“颂海客戶端可以:

發(fā)布其他客戶端可能會(huì)訂閱的信息

訂閱其它客戶端發(fā)布的消息

退訂或刪除應(yīng)用程序的消息

斷開(kāi)與服務(wù)器連接

4.4:MQTT服務(wù)器

MQTT服務(wù)器以稱為“消息代理”(Broker)搓侄,可以是一個(gè)應(yīng)用程序或一臺(tái)設(shè)備。它是位于消息發(fā)布者和訂閱者之間话速,它可以:

接受來(lái)自客戶的網(wǎng)絡(luò)連接

接受客戶發(fā)布的應(yīng)用信息

處理來(lái)自客戶端的訂閱和退訂請(qǐng)求

向訂閱的客戶轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用程序消息

4.5:MQTT協(xié)議中的訂閱讶踪、主題、會(huì)話

訂閱(Subscription)

訂閱包含主題篩選器(Topic Filter)和最大服務(wù)質(zhì)量(QoS)泊交。訂閱會(huì)與一個(gè)會(huì)話(Session)關(guān)聯(lián)乳讥。一個(gè)會(huì)話可以包含多個(gè)訂閱。每一個(gè)會(huì)話中的每個(gè)訂閱都有一個(gè)不同的主題篩選器廓俭。

會(huì)話(Session)

每個(gè)客戶端與服務(wù)器建立連接后就是一個(gè)會(huì)話雏婶,客戶端和服務(wù)器之間有狀態(tài)交互。會(huì)話存在于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間白指,也可能在客戶端和服務(wù)器之間跨越多個(gè)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)連接留晚。

主題名(Topic Name)

連接到一個(gè)應(yīng)用程序消息的標(biāo)簽,該標(biāo)簽與服務(wù)器的訂閱相匹配告嘲。服務(wù)器會(huì)將消息發(fā)送給訂閱所匹配標(biāo)簽的每個(gè)客戶端错维。

主題篩選器(Topic Filter)

一個(gè)對(duì)主題名通配符篩選器,在訂閱表達(dá)式中使用橄唬,表示訂閱所匹配到的多個(gè)主題赋焕。

負(fù)載(Payload)

消息訂閱者所具體接收的內(nèi)容

4.6:MQTT協(xié)議中的方法

MQTT協(xié)議中定義了一些方法(也被稱為動(dòng)作), 來(lái)于表示對(duì)確定資源所進(jìn)行操作仰楚。 這個(gè)資源可以代表預(yù)先存在的數(shù)據(jù)或動(dòng)態(tài)生成數(shù)據(jù)隆判,這取決于服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)。通常來(lái)說(shuō)僧界,資源指服務(wù)器上的文件或輸出侨嘀。

Connect,等待與服務(wù)器建立連接

Disconnect捂襟,等待MQTT客戶端完成所做的工作咬腕,并與服務(wù)器斷開(kāi)TCP/IP會(huì)話

Subscribe,等待完成訂閱

UnSubscribe葬荷,等待服務(wù)器取消客戶端的一個(gè)或多個(gè)topics訂閱

Publish涨共,MQTT客戶端發(fā)送消息請(qǐng)求纽帖,發(fā)送完成后返回應(yīng)用程序線程

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