MQTT协议学习笔记

1、前沿

　　万物联网的时代即将到来，物联网也由当初的概念开始进一步落实。随着无线网络技术飞速发展，各种设备都可以连接网络，实现远程控制。例如智能家居最近非常火爆，智能插座、智能LED灯、智能摄像头等。在互联网时代，HTTP协议负责建立网络连接，而到了物联网时代，由于智能硬件的差异，相比互联网终端，硬件配置要低的多，而且智能设备的环境也想多复杂，物联网中的数据传输会面临很多问题，比如在网络不稳定的情况下，如果保证数据的传输没有问题，如何保证数据不被重复发送，连接断开后如何进行重连，而HTTP协议由于太重量级了，不是适合物联网。因此IBM公司为此提出一种轻量级的MQTT协议（MQ Telemetry Transport），适合于低带宽、不可靠连接、嵌入式设备、CPU、内存资源紧张，适用于各种受限的环境。

2、协议特征

（1）消息模型

　　MQTT是一种基于代理的发布/订阅的消息协议。提供一对多的消息分发，解除应用程序耦合。一个发布者可以对应多个订阅者，当发布者发生变化的时候，他可以将消息一一通知给所有的订阅者。这种模式提供了更大的网络扩展性和更动态的网络拓扑。

（2）消息质量

　　MQTT提供三种质量的服务：
　　1）至多一次，可能会出现丢包的现象。使用在对实时性要求不高的情况。这一级别可应用于如下情景，如环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为很快下一次读记录就会产生。

　　2）至少一次，保证包会到达目的地，但是可能出现重包。

　　3）正好一次，保证包会到达目的地，且不会出现重包的现象。这一级别可用于如计费系统等场景，在计费系统中，消息丢失或重复可能会导致生成错误的费用。

（3）主题名称

　　主题名称（Topic name）用来标识已发布消息的信息的渠道。订阅者用它来确定接收到所关心的信息。它是一个分层的结构，用斜线“/”作为分隔符。有两种通配符可以在主题发布、订阅时使用：“#”和“+”。前者可以通配多层结构，而后者只能通配一层结构。例如一个topic ： “a/b/c”,则“a/+/c”和“a/#”都可以和它相等。发布不支持模糊匹配，必须是确定的主题。

（4）遗属

　　当一个客户端断开连接的时候，它希望客户端可以发送它指定的消息。该消息和普通消息的结构相同。通过设置该位并填入和信息相关的内容即可。

（5）消息类型

 

Reserved	0	保留
Connect	1	客户端到服务端的连接请求
ConnACK	2	服务端对连接请求的响应
Publish	3	发布消息
puback	4	对发布消息的回应

 

pubRec	5	收到发布消息（保证传输part1）
pubRel	6	释放发布消息（保证传输part2）
pubComp	7	完成发布消息（保证传输part3）
subscribe	8	客户端订阅请求
subBack	9	订阅请求的回应

 

unsubscribe	10	停止订阅请求
unsubBack	11	停止订阅请求响应
pingReq	12	Ping请求（保持连接）
pingResp	13	Ping响应
disconnect	14	客户端正在断开
reserved	15	保留

开发一个MQTT库需要提供如下命令：

Connect ：当一个TCP/IP套接字在服务器端和客户端连接建立时需要使用的命令。

publish  ： 是由客户端向服务端发送，告诉服务器端自己感兴趣的Topic。每一个publishMessage 都会与一个Topic的名字联系在一起。

pubRec:   是publish命令的响应，只不过使用了2级QoS协议。它是2级QoS协议的第二条消息

pubRel:    是2级QoS协议的第三条消息

publComp: 是2级QoS协议的第四条消息

subscribe： 允许一个客户端注册自已感兴趣的Topic 名字，发布到这些Topic的消息会以publish Message的形式由服务器端发送给客户端。

unsubscribe:  从客户端到服务器端，退订一个Topic。

Ping： 有客户端向服务器端发送的“are you alive”的消息。

disconnect：断开这个TCP/IP协议

3、MQTT服务端和客户端

https://github.com/mqtt/mqtt.github.io/wiki/servers

https://github.com/mqtt/mqtt.github.io/wiki/libraries

MQTT协议官网：http://mqtt.org/