什么是物联网协议MQTT

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MQTT(消息队列遥测传输)是ISO 标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在 TCP/IP协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议，为此，它需要一个消息中间件 。

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。由IBM在1999年发布。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，作为一种低开销、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。如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其在通过链路通信传感器、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最大优点在于，用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。

本协议运行在 TCP/IP，或其它提供了有序、可靠、 双向连接的网络连接上。MQTT属于应用层协议，它有以下特点：使用发布/订阅消息模式，提供了一对多的消息分发和应用之间的解耦。消息传输不需要知道负载内容。

提供三种等级的服务质量： .

在MQTT连接建立时，客户端需要通过TCP连接到MQTT服务器，并进行握手协商，包括协议版本、客户端标识符、遗嘱消息、 QoS级别等信息，以确保双方能够正确地交换数据。一旦握手成功，客户端和服务器之间就建立了一个持久化的TCP连接，可以随时进行消息传输。由于TCP协议本身已经提供了一定程度的可靠性保证，因此MQTT协议只需要在TCP的基础上实现发布/订阅机制、 QoS级别控制、保留消息等特性即可，从而使得它成为一种轻量级且高效的物联网通信协议。

MQTT协议本身没有限制数据包的大小，但是它需要遵循底层传输协议（TCP/IP）的限制和约束。在实际应用中，MQTT协议能够传输的有效数据量是受多种因素影响的，如网络带宽、QoS级别、MQTT消息头部信息等。一般来说，在默认情况下，MQTT协议对于单个消息的有效载荷有一个限制，即不超过256MB。这个限制主要由MQTT协议的消息长度字段决定，该字段的最大值是4字节，因此最大能表示2^32-1个字节的消息长度，即约为4GB。然而，在实际应用中，由于网络带宽和设备性能等方面的限制，很难实现传输如此巨大的消息。另外，需要注意的是，如果使用较高级别的QoS，如“至少一次”或“恰好一次”，则MQTT协议会对每条消息进行确认和重传，这可能会导致更多的网络流量和延迟。因此，在选择QoS级别时，需要根据应用场景和网络环境的实际情况进行优化和调整，以充分利用MQTT协议的特点和优势。

MQTT协议通过交换预定义的 MQTT 控制报文来通信。MQTT 控制报文由三部分组成：固定报头(Fixed header)、可变报头(Variable header)、有效载荷(Payload)。

Fixed header 固定报头，所有控制报文都包含

Variable header 可变报头， 部分控制报文包含

Payload 有效载荷， 部分控制报文包含

固定报头第1个字节高4位(47)为控制报文类型，一共14个，低4位(03)包含每个 MQTT 控制报文类型特定的标志，见下表。表中任何标记为“保留”的标志位，都是保留给以后使用的，必须设置为表格中列出的值。如果收到非法的标志，接收者必须关闭网络连接。

DUP1 =控制报文的重复分发标志。

QoS2 = PUBLISH 报文的服务质量等级。

RETAIN3 = PUBLISH 报文的保留标志。

详情参考MQTT3.1协议。

剩余长度（Remaining Length） 表示当前报文剩余部分的字节数，包括可变报头和负载的数据。 剩余长度不包括用于编码剩余长度字段本身的字节数。

剩余长度字段使用一个可变长度编码方案，对小于128的值它使用单字节编码。 更大的值按下面的方式处理。低7位有效位用于编码数据，最高有效位用于指示是否有更多的字节。 即剩余长度安装128进制进行计数，剩余长度字段最大 4 个字节。

剩余长度字段取值如下：

剩余长度按128进制计数，采用16进制方式表示，低字节在前。剩余长度编码示例：

①例如64：(64/128)取整=0，说明64不需要进位，1个字节即可表示，即：0x40。

②例如456：(456/128)取整=3，(3/128)取整=0，说明456需要2个字节表示。

第一个字节bit7=1，(bit0~bit6)=456%128=72=0x48，即第一个字节表示为：0xc8。

第二个字节bit7=3/128=0，(bit0~bit6)=3%128=3，即第二个字节表示位：0x3。

综上，456采用2个字节表示为：0xc8 0x3。

③例如100000：(100000/128)=781，(781/128)=6，说明100000需要3字节表示。

第一个字节bit7=1，(bit0~bit6)=100000%128=0x20，即第一个字节为0xa0。

第二个字节bit7=1，(bit0~bit6)=781%128=0x0d，即第二个字节为0x8d。

第三个字节bit7=0，(bit0~bit6)=6%128=6，即第三个字节为0x6。

综上，100000采用3字节表示为：0xa0 0x8d 0x6。

}while(data>0); return cnt;//返回需要编码的字节数个数}