【MQTT学习】lesson1.基础概念

在这一课中&＃xff0c;让我们来学习 MQTT 协议的基本概念和术语&＃xff0c;同时也会介绍一下本课程中代码的开发环境搭建。本节课核心内容包括&＃xff1a;

• MQTT 协议的通信模型
• MQTT Client
• MQTT Broker
• MQTT 协议数据包

1.1 MQTT 协议的通信模型

就像我们在之前提到的&＃xff0c;MQTT 的通信是通过发布/订阅的方式来实现的&＃xff0c;消息的发布方和订阅方通过这种方式来进行解耦&＃xff0c;它们没有直接地连接&＃xff0c;它们需要一个中间方。在 MQTT 里面我们称之为 Broker&＃xff0c;用来进行消息的存储和转发。一次典型的 MQTT 消息通信流程如下所示&＃xff1a;

1. 发布方将消息发送到 Broker&＃xff1b;
2. Broker 接收到消息以后&＃xff0c;检查下都有哪些订阅方订阅了此类消息&＃xff0c;然后将消息发送到这些订阅方&＃xff1b;
3. 订阅方从 Broker 获取该消息。

在之后的课程里面&＃xff0c;我们将发送方称为 Publisher&＃xff0c;将订阅方称为 Subscriber。

1.2 MQTT Client

任何终端&＃xff0c;嵌入式设备也好&＃xff0c;服务器也好&＃xff0c;只要运行了 MQTT 的库或者代码&＃xff0c;我们都称为 MQTT 的 Client。Publisher 和 Subscriber 都属于 Client&＃xff0c;Pushlisher 或者 Subscriber 只取决于该 Client 当前的状态——是在发布还是在订阅消息。当然&＃xff0c;一个 Client 可以同时是 Publisher 和 Subscriber。

MQTT Client 库在很多语言中都有实现&＃xff0c;包括 Android、Arduino、Ruby、C、C&＃43;&＃43;、C#、Go、iOS、Java、Javascript&＃xff0c;以及 .NET 等。如果你要查看相应语言的库实现&＃xff0c;可以在这里找到。

本课程中&＃xff0c;我们主要使用 Node.js 的 MQTT Client 库来进行演示&＃xff0c;所以需要先安装 Node.js&＃xff0c;然后安装 MQTT Client 的 Node.js 包&＃xff1a;

npm install mqtt -g

1.3 MQTT Broker

如前面所讲的&＃xff0c;Broker 负责接收 Publisher 的消息&＃xff0c;并发送给相应的 Subscriber&＃xff0c;它是整个 MQTT 订阅/发布的核心。在实际应用中&＃xff0c;一个 MQTT Broker 还应该提供以下一些功能&＃xff1a;

• 可以横向扩展&＃xff0c;比如集群&＃xff0c;来满足大量的 Client 接入&＃xff1b;
• 可以扩展接入业务系统&＃xff1b;
• 易于监控&＃xff0c;满足高可用性。

我们在导读里面提到的阿里云、腾讯云、青云之类的云服务商提供的 MQTT 服务&＃xff0c;其实就可以理解为他们提供了满足上述要求的 MQTT Broker。

在本课程中&＃xff0c;我们使用一个公共的 MQTT Broker —— iot.eclipse.org 做演示&＃xff0c;同时也会学习如何搭建一个 MQTT Broker。

1.4 MQTT 协议数据包

MQTT 协议的数据包格式非常简单&＃xff0c;一个 MQTT 协议数据包由下面三个部分组成&＃xff1a;

• 固定头&＃xff08;Fixed header&＃xff09;&＃xff1a;存在于所有的 MQTT 数据包中&＃xff0c;用于表示数据包类型及对应标识&＃xff0c;表明数据包大小&＃xff1b;
• 可变头&＃xff08;Variable header&＃xff09;&＃xff1a;存在于部分类型的 MQTT 数据包中&＃xff0c;具体内容由相应类型的数据包决定&＃xff1b;
• 消息体&＃xff08;Payload&＃xff09;&＃xff1a;存在于部分 MQTT 数据包中&＃xff0c;存储消息的具体数据。

接下来看一下固定头的格式&＃xff0c;可变头和消息体我们将在讲解各种具体类型的 MQTT 协议数据包的时候 case by case 地讨论。

固定头格式&＃xff1a;

固定头的第一个字节的高 4 位 bit 用于指定该数据包的类型&＃xff0c;MQTT 的数据包有以下一些类型&＃xff1a;

固定头的低 4 位 bit 用于指定数据包的 Flag&＃xff0c;不同的数据包类型&＃xff0c;其 Flag 的定义是不一样的&＃xff0c;每种数据包对应的 Flag 如下&＃xff1a;

注意&＃xff1a;DUP、QOS、RETAIN 标识的使用将在后续的课程中详细讲解。

从固定头的第 2 字节开始是用于标识 MQTT 数据包长度的字段&＃xff0c;最少一个字节&＃xff0c;最大四个字节&＃xff0c;每一个字节的低 7 位用于标识值&＃xff0c;范围为 0~127。最高位的 1 位是标识位&＃xff0c;用来说明是否有后续字节来标识长度。例如&＃xff1a;标识为 0&＃xff0c;代表为没有后续字节&＃xff1b;标识为 1&＃xff0c;代表后续还有一个字节用于标识包长度。MQTT 协议规定最多可以用四个字节来标识包长度。

所以这四个字节最多可以标识的包长度为&＃xff1a;(0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x7F) &＃61; 268435455 字节&＃xff0c;约 256M&＃xff0c;这个是 MQTT 协议中数据包的最大长度。

注意&＃xff1a;Remain Length 的值不包含固定头的大小&＃xff0c;包括第 1 字节和 Remain Length 字段。

1.5 小结

我们在这一课中学习了 MQTT 的通信模型&＃xff0c;以及 Client 和 Broker 的概念&＃xff0c;同时也学习了 MQTT 数据包的格式。接下来我们开始收发数据的第一步&＃xff1a;从 Client 连接到 Broker。

原文&＃xff1a;https://gitchat.csdn.net/columnTopic/5be4f7522c33167c317bebdd

By Urien 2019年5月21日 09:00:35