mqtt通讯协议

最近进入一家物联网公司，物联网是基于MQTT协议进行通讯的，利用国庆假期时间学习了一下，做了个笔记。

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅模式的轻量级通讯协议，构建于TCP/IP协议上，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。

MQTT是一个基于客户端-服务端的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的。适用范围非常广泛：机器与机器（M2M）通信和物联网（IOT）。

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TCP/IP参考模型可分为四层：应用层、传输层、网络层、链路层。TCP和UDP位于传输层，应用层常见的协议有HTTP、FTP、SSH等。MQTT协议运行与TCP之上，属于应用层协议。

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MQTT协议有三种身份：发布者、代理、订阅者，发布者和订阅者为客户端，代理为服务器，同时消息的发布者也可以是订阅者（为了节约内存和流量发布者和订阅者一般都会定义在一起）。

MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分：

MQTT会构建底层网络传输：他讲简历客户端到服务器的链接，提佛那个两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。

当应用数据用过MQTT网络发送时，MQTT会把与之相关的服务质量（QoS）和主题名（Topic）相关联。

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：

MQTT服务器已成为**“消息代理 ”（Broker）**，可以是一个应用程序或一台设备。他是位于消息发布者和订阅者之间，可以：

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，表示订阅锁匹配到的多个主题。

负载（Payload）

消息订阅者锁具体接收的内容。

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。主要方法有：

（1）Connect。等待与服务器建立连接。

（2）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。

（3）Subscribe。等待完成订阅。

（4）UnSubscribe。等待服务器取消客户端的一个或多个topics订阅。

（5）Publish。MQTT客户端发送消息请求，发送完成后返回应用程序线程。

每条MQTT命令消息的消息头都包含一个固定的报头，有些消息会携带一个可变报文头和一个负载。

固定报文头 | 可变报文头 | 负载

固定头（Fixed header）：存在于所有的MQTT数据包中，表示数据包类型及数据包的分组类标识。

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。

负载（Payload）：存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到的具体内容。

MQTT固定头存在于所有MQTT数据包中：

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MQTT数据包类型（MessageType）0和15保留，共4个字节

位置：Byte 1中 bits 7-4

相于一个4位的无符号值，类型、取值及描述如下：

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标识位

位置：Byte 1中bits 3-0。

在不使用标识位的消息类型中，标识位被作为保留位。如果收到无效的标志时，接收端必须关闭网络连接：

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（1）DUP：发布消息的副本。用来在保证消息的可靠传输，如果设置为1，则在下面的变长中增加MessageId，并且需要回复确认，以保证消息传输完成，但不能用于检测消息重复发送。

（2）QoS：发布消息的服务质量，即：保证消息传递的次数

​ Ø00：最多一次，即：=1

​ Ø10：一次，即：=1

​ Ø11：预留

（3）RETAIN： 发布保留标识，表示服务器要保留这次推送的信息，如果有新的订阅者出现，就把这消息推送给它，如果设有那么推送至当前订阅者后释放。

剩余长度（Remaining Length）

地址：Byte 2

固定头的第二字节用来保存边长头部和消息体的总大小的，但不是直接保存的。这一字节是可以扩展，其保存机制，前7位用于保存长度，后一部用做标识。当最后一位为1时，表示长度不足，需要使用二个字节继续保存。

举例：

即如果计算出后面的大小为0