MQTT通讯协议学习

1、MQTT概述

MQTT&＃xff08;Message Queuing Telemetry Transport&＃xff0c;消息队列遥测传输协议&＃xff09;&＃xff0c;是一种基于发布/订阅&＃xff08;publish/subscribe&＃xff09;模式的"轻量级"通讯协议&＃xff0c;该协议构建于TCP/IP协议上&＃xff0c;由IBM在1999年发布&＃xff0c;

MQTT优点就是利用极少的代码和有限的带框&＃xff0c;为物联网设备远程通讯提供消息传输服务&＃xff0c;
相比于HTTP协议在互联网上的客户端请求&＃xff0c;服务端应答模式&＃xff0c;MQTT的发布订阅模式在物联网设备上更适用。

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议&＃xff0c;
优点是轻量&＃xff0c;简单&＃xff0c;开放和易于实现的&＃xff0c;这样的特点在于物联网设备中就十分适用&＃xff0c;这也是它在物联网中被广泛应用的原因之一。在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。

2、设计原则

物联网的环境不同于互联网&＃xff0c;性能显示等都不在一个量级&＃xff0c;所以MQTT遵循这些原则&＃xff1a;

&＃xff08;1&＃xff09;精简&＃xff0c;不添加可有可无的功能&＃xff1b;
&＃xff08;2&＃xff09;发布/订阅&＃xff08;Pub/Sub&＃xff09;模式&＃xff0c;方便消息在传感器之间传递&＃xff1b;
&＃xff08;3&＃xff09;允许用户动态创建主题&＃xff0c;零运维成本&＃xff1b;
&＃xff08;4&＃xff09;把传输量降到最低以提高传输效率&＃xff1b;
&＃xff08;5&＃xff09;把低带宽、高延迟、不稳定的网络等因素考虑在内&＃xff1b;
&＃xff08;6&＃xff09;支持连续的会话控制&＃xff1b;
&＃xff08;7&＃xff09;理解客户端计算能力可能很低&＃xff1b;
&＃xff08;8&＃xff09;提供服务质量管理&＃xff1b;
&＃xff08;9&＃xff09;假设数据不可知&＃xff0c;不强求传输数据的类型与格式&＃xff0c;保持灵活性。

从上面的原则可以看出&＃xff0c;MQTT协议就是在低功耗&＃xff0c;低带宽&＃xff0c;低性能的设备上实现一个完整且稳定的数据传输&＃xff0c;保证物联网设备的正常运行。

3、MQTT协议原理

1、MQTT的实现方式

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成&＃xff0c;在通讯过程中&＃xff0c;MQTT协议中有三种身份&＃xff1a;发布者&＃xff08;Publish&＃xff09;、代理&＃xff08;Broker&＃xff09;&＃xff08;服务器&＃xff09;、订阅者&＃xff08;Subscribe&＃xff09;。其中&＃xff0c;消息的发布者和订阅者都是客户端&＃xff0c;消息代理是服务器&＃xff0c;消息发布者可以同时是订阅者。

MQTT传输的消息分为&＃xff1a;主题&＃xff08;Topic&＃xff09;和负载&＃xff08;payload&＃xff09;两部分&＃xff1a;

&＃xff08;1&＃xff09;Topic&＃xff0c;可以理解为消息的类型&＃xff0c;订阅者订阅&＃xff08;Subscribe&＃xff09;后&＃xff0c;就会收到该主题的消息内容&＃xff08;payload&＃xff09;&＃xff1b;

&＃xff08;2&＃xff09;payload&＃xff0c;可以理解为消息的内容&＃xff0c;是指订阅者具体要使用的内容。

2、网络传输与应用消息

MQTT会构建底层网络传输&＃xff1a;它将建立的客户端和服务器链接&＃xff0c;提供一个有序的&＃xff0c;无损的&＃xff0c;基于字节流的双向传输
发送数据的时候&＃xff0c;MQTT会把与之相关的服务质量&＃xff08; Qos&＃xff09;和主题名&＃xff08;Topic&＃xff09;关联

3 、MQTT客户端

一个使用MQTT协议的应用程序或者设备&＃xff0c;它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以&＃xff1a;

&＃xff08;1&＃xff09;发布其他客户端可能会订阅的信息&＃xff1b;
&＃xff08;2&＃xff09;订阅其它客户端发布的消息&＃xff1b;
&＃xff08;3&＃xff09;退订或删除应用程序的消息&＃xff1b;
&＃xff08;4&＃xff09;断开与服务器连接。

4 MQTT服务器

MQTT服务器以称为"消息代理"&＃xff08;Broker&＃xff09;&＃xff0c;可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间&＃xff0c;它可以&＃xff1a;

&＃xff08;1&＃xff09;接受来自客户的网络连接&＃xff1b;
&＃xff08;2&＃xff09;接受客户发布的应用信息&＃xff1b;
&＃xff08;3&＃xff09;处理来自客户端的订阅和退订请求&＃xff1b;
&＃xff08;4&＃xff09;向订阅的客户转发应用程序消息。

5 MQTT协议中的订阅、主题、会话

一、订阅&＃xff08;Subscription&＃xff09;

订阅包含主题筛选器&＃xff08;Topic Filter&＃xff09;和最大服务质量&＃xff08;QoS&＃xff09;。订阅会与一个会话&＃xff08;Session&＃xff09;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。

二、会话&＃xff08;Session&＃xff09;

每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话&＃xff0c;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&＃xff0c;也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。

三、主题名&＃xff08;Topic Name&＃xff09;

连接到一个应用程序消息的标签&＃xff0c;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。

四、主题筛选器&＃xff08;Topic Filter&＃xff09;

一个对主题名通配符筛选器&＃xff0c;在订阅表达式中使用&＃xff0c;表示订阅所匹配到的多个主题。

五、负载&＃xff08;Payload&＃xff09;

消息订阅者所具体接收的内容。

6 MQTT协议中的方法

MQTT协议中定义了一些方法&＃xff08;也被称为动作&＃xff09;&＃xff0c;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&＃xff0c;这取决于服务器的实现。通常来说&＃xff0c;资源指服务器上的文件或输出。主要方法有&＃xff1a;

&＃xff08;1&＃xff09;Connect。等待与服务器建立连接。
&＃xff08;2&＃xff09;Disconnect。等待MQTT客户端完成所做的工作&＃xff0c;并与服务器断开TCP/IP会话。
&＃xff08;3&＃xff09;Subscribe。等待完成订阅。
&＃xff08;4&＃xff09;UnSubscribe。等待服务器取消客户端的一个或多个topics订阅。
&＃xff08;5&＃xff09;Publish。MQTT客户端发送消息请求&＃xff0c;发送完成后返回应用程序线程。

文章参考&＃xff1a;
MQTT介绍与使用
MQTT入门篇
MQTT 入门介绍