[网安技术] MQTT协议

1. 简介

MQTT全称Message Queuing Telemetry Transport，即消息队列遥测传输协议。基于TCP/IP协议构建，是发布/订阅模式的轻量级通讯协议。目的是为连接远程设备提供实时可靠、低开销和贷款占用的即时通讯协议。应用场景为物联网、小型设备、移动应用。

2. 框架和结构

MQTT代理服务器假设在网络中，用户进行发布和订阅均需向MQTT代理注册。MQTT代理负责接收消息和按照转发策略推送给目标订阅者。发布/订阅模式采用常见的“主题”作为转发匹配头部。允许用户动态创建主题，支持连续的会话控制，提供服务质量管理，同时不规范传输数据的格式。

其面向的网络情景为：

1）网络宽带低、延迟高、不稳定，需要尽量降低运输量并提供可靠的消息传输管理；

2）客户端计算能力低，需要专门的云边协同或需要降低边缘设备的开销；

3. 特点

1）使用发布/订阅模型，减小消息冗余性；

2）使用TCP/IP提供连接（UDP版本的叫做MQTT-SN）；

3）消息发布质量有三种：

　　a.至多一次，完全依赖TCP协议，可能发生消息丢失或重复。例如传感器发送消息，若没有立即被对方接收，由于下一次数据发送间隔较短，因此不需要尝试重复发布。

　　b.至少一次，确保消息到达，但可能重复发送。

　　c.只有一次，确保消息到达且只到达一次。

4）使用遗愿（last will）和遗嘱(Testament)机制，用以自定义客户端异常断开时对相关客户端的通知信息。

4. 实现原理概述

1）消息分为topic和payload两个部分，其中载荷的内容任意，主题则和消息发布质量对应；

2）用户和服务器建立一个TCP传输流，基于字节流进行有序和无损双向传输；

3）会话，客户端与服务器建立连接后持续维护的状态，会话可以跨越多个网络，处在TCP的上层；

4）订阅，使用主题筛选器（topic filter）以及最大服务质量与一个会话关联，会话对应多个订阅，订阅对应一个filter；

5）协议包数据结构，固定头（包类型及分组类标识）、可变头（数据被类型的补充）、载荷；