MQTT协议介绍

一：MQTT

1、MQTT协议说明

（ Message Queuing Telemetry Transport）消息队列传输探测，一种基于发布/订阅模式的轻量级消息传输协议

2、MQTT协议来源

在1999年的时候，Andy Stanford-Clark和 Arlen Nipper需要一种通过卫星连接原油管道数据采集监控系统的协议，以最大限度地减少电池损耗和带宽。所以发明了MQTT协议。

3、MQTT协议使用场景

适用于低带宽和不稳定网络环境的物联网应用场景，在这样的场景中，可以用极少的代码为联网设备提供实时可靠的消息服务。

MQTT 协议广泛应用于物联网、移动互联网、智能硬件、车联网、智慧城市、远程医疗、电力、石油与能源等领域。

4、MQTT协议的特点

  • 易于实现

  • 轻量高效，节省带宽，最小报文仅为 2 个字节。

  • 使用TCP进行连接，实现稳定、可靠的网络连接

  • 基于发布订阅模型，支持双工通信。

  • 灵活性、扩展性很强。

5、C/S和pub/sub的区别

C/S模式：客户端能够直接和服务器进行通信

pub/sub：将发送消息的发布者 publisher与接收消息的订阅者 subscribers进行分离，publisher 与 subscribers 并不会直接通信，他们甚至都不清楚对方是否存在，他们之间的交流由第三方组件 broker 代理。
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发布-订阅模式的优点：

消除了传统c/s模式之间的直接通信，把通信这个操作交给了 broker 进行代理，并在空间、时间、同步三个维度上进行了解藕。

6、消息过滤

broker 能够对消息进行过滤，使每个订阅者只接收自己感兴趣的消息。

过滤选项：

（1）基于主题的过滤：MQTT 是基于 subject 的消息过滤的，每条消息都会有一个 topic ，接收客户端会向 borker 订阅感兴趣的 topic，订阅后，broker 就会确保客户端收到发布到 topic 中的消息。

（2）基于内容过滤：broker 会根据特定的内容过滤消息，接受客户端会经过过滤他们感兴趣的内容。

（3）基于类型过滤：使用面向对象的语言时，基于消息（事件）的类型过滤是一种比较常见的过滤方式。

7、MQTT和消息队列区别

  • 消息队列：一条消息只能被一个客户端所消费
  • MQTT：每个订阅者都会受到消息，每个订阅者有相同的负载（数据信息）

8、MQTT Client

publisher 和 subscriber 都属于 MQTT Client。之所以有发布者和订阅者这个概念，其实是一种相对的概念，就是指当前客户端是在发布消息还是在接收消息

MQTT 客户端是指运行 MQTT 库并通过网络连接到 MQTT broker 的任何设备，这些设备可以从微控制器到成熟的服务器。

9、MQTT broker

  • broker 负责接收所有消息，过滤消息，确定是哪个 client 订阅了每条消息，并将消息发送给对应的 client.
  • broker 还负责保存会话数据，这些数据包括订阅的和错过的消息。broker 还负责客户端的身份验证和授权。

10、MQTT连接

连接是client和broker之间的连接。 client 就会向 broker 发起 CONNECT 消息，代理会使用 CONNACK 消息和状态码进行响应。

一旦 client 和 broker 的连接建立后，broker 就会使客户端的连接一直处于打开状态，直到 client 发出断开命令或者连接中断。

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11、消息类型说明

发布消息

  • 当 MQTT client 在连接到 broker 之后就可以发送消息了，MQTT 使用的是基于 topic 主题的过滤。每条消息都应该包含一个 topic ，broker 可以使用 topic 将消息发送给感兴趣的 client。
  • 每条消息还会包含一个负载(Payload)，Payload 中包含要以字节形式发送的数据。（数据格式由数据的发布者确定）

订阅消息

client 会向 broker 发送 SUBSCRIBE 消息来接收有关感兴趣的 topic，这个 SUBSCRIBE 消息非常简单，它包含了一个唯一的数据包标识和一个订阅列表。

确认消息

client 在向 broker 发送 SUBSCRIBE 消息后，为了确认每个订阅，broker 会向 client 发送 SUBACK 确认消息。
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退订消息：

取消订阅也需要 broker 的确认，此时 broker 会向 client 发送一个 UNSUBACK 消息，这个 UNSUBACK 消息非常简单，只有一个 packetId 数据标识符。

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12、topic 相关概念

在 MQTT 中，Topic 是指 broker 为每个连接的 client 过滤消息的 UTF-8 字符串。Topic 是一种分层的结构，可以由一个或者多个 Topic 组成。每个 Topic 由 / 进行分割。

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与传统的消息队列相比，MQTT Topic 非常轻量级，client 在发布或订阅之前不需要先创建所需要的 Topic，broker 在接收每个 Topic 前不用进行初始化操作。

13、topic的通配符

当客户端订阅 Topic 时，它可以订阅已发布消息的确切 Topic，也可以使用通配符来同时订阅多个 Topic。通配符有两种：单级和多级。

单级通配符

单级通配符可以替换 Topic 的一个级别，+ 号代表 Topic 中的单级通配符。

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多级通配符

多级通配符涵盖多个 Topic，# 代表 Topic 中的多级通配符。为了让 broker 能够确定和哪些 Topic 匹配，多级通配符必须作为 Topic 中的最后一个字符放置，并以 / 开头。

当 client 订阅带有多级通配符的 Topic 时，不论 Topic 有多长多深，它都会收到通配符之前 Topic 的所有消息。如果你只将 Topic 定义为 # 的话，那么你将会收到所有的消息

二：MQTT客户端工具

1、mosquitto

Mosquitto 是一种流行的MQTT代理和客户端库，它可以用于实现MQTT通信

mosquitto是一款实现了消息推送协议 MQTTv5.0, v3.1.1, v3.1 的开源消息代理软件，提供轻量级的，支持可发布/可订阅的的消息推送模式，使设备对设备之间的短消息通信变得简单，比如现在应用广泛的低功耗传感器，手机、嵌入式计算机、微型控制器等移动设备。

Mosquitto 安装之后默认提供了 mosquitto_pub和mosquitto_sub两个命令行 MQTT 客户端工具。

# 下载地址
	https://github.com/eclipse/mosquitto
# 官网
	https://mosquitto.org/

mosquitto_pub：

用于向mqtt broker 发送消息

相关参数：

-h 	# 指定要连接mqtt broker的地址 默认为localhost
-p 	# 指定mqtt broker的端口号
-u 	# 指定在与代理进行身份验证时要使用的用户名
-P 	# 指定在与代理进行身份验证时要使用的密码
-m 	# 消息内容
-t 	# 指定发送消息的topic名称
-i  # 用于为连接到MQTT代理的客户端分配一个唯一的客户端ID

例如：发布消息

# 将连接到本地主机上运行的MQTT代理，并发布消息“Hello, MQTT”到主题“topic/test”上。

mosquitto_pub -h localhost -t "topic/test" -m "Hello, MQTT"

# 例如 向地址为10.0.0.33发送topic为/xyz，消息为"How are you to to to?"的消息
mosquitto_pub -h 10.0.0.33 -t "/xyz" -i "client3" -m "How are you to to to?" -u bruce -P lan1532

mosquitto_sub:

用于向mqtt broker 订阅消息。

当一个MQTT客户端发布一个消息到一个特定的主题时，MQTT代理将把这个消息发送给所有订阅了这个主题的MQTT客户端。

-h 	# 指定要连接mqtt broker的地址 默认为localhost
-p 	# 指定mqtt broker的连接端口号
-u 	# 指定在与代理进行身份验证时要使用的用户名
-P 	# 指定在与代理进行身份验证时要使用的密码（大写P）
-m 	# 消息内容
-t 	# 指定订阅的topic名称 
-i  # 用于为连接到MQTT代理的客户端分配一个唯一的客户端ID

# 为了确保MQTT broker正确地将消息传递给所有订阅者，它需要对每个连接到它的客户端进行唯一标识，这就是客户端ID的作用。

例如：订阅消息

# 连接到本地主机上运行的MQTT代理，并订阅主题“topic/test”上的所有消息。
mosquitto_sub -h localhost -t "topic/test" 

# 例如：
mosquitto_sub -h localhost -t "/xyz" -i "client1"  -u bruce -P lan1532

配置文件说明：

pid_file /var/run/mosquitto.pid

# 消息持久存储
persistence true
persistence_location /var/lib/mosquitto/

# 日志文件存放位置
log_dest file /var/log/mosquitto/mosquitto.log

# 存放子配置文件位置
include_dir /etc/mosquitto/conf.d

# 指定端口号
port 1883

# 指定协议为MQTT协议 如果需要外网可以访问，就必须指定mqtt协议
protocol mqtt

# 设置最大连接数
max_connections -1

# 禁止匿名访问 默认是允许匿名用户访问的
allow_anonymous false

mqtt broker 账号密码的创建：

如果关闭了匿名用户访问，需要mqtt broker指定的账号密码才能发布或者订阅消息。

mosquitto_passwd：用于Mosquitto用户认证配置

# 格式
mosquitto_passwd [ -H hash ] [ -c | -D ] passwordfile username
# 选项
    -c  # 是创建一个新的文件，只保存一个用户
    -b  # 在文件中新增一个用户在最后
    -D  # 从文件中删除指定用户
    -H  # 指定密码加密方式

配置要点：

# 1. 配置文件中加入一下配置    
password_file /mosquitto/pwdfile  #  认证配置
acl_file /mosquitto/aclfile       #  权限配置

# 2. #创建用户和密码  mosquitto_passwd -c /mosquitto/pwdfile username
root@ubuntu1804:~# mkdir /mosquitto

root@ubuntu1804:~# mosquitto_passwd -c /mosquitto/pwdfile tom
Password: 
Reenter password: 

# 3. 权限配置
vim /mosquitto/aclfile

例如：配置mqtt broker的非匿名模式

# 1. 修改配置文件
root@ubuntu1804:~# vim /etc/mosquitto/mosquitto.conf 
pid_file /var/run/mosquitto.pid
persistence true
persistence_location /var/lib/mosquitto/
log_dest file /var/log/mosquitto/mosquitto.log
include_dir /etc/mosquitto/conf.d
allow_anonymous false
password_file /mosquitto/pwdfile
acl_file /mosquitto/aclfile
port 1883
protocol mqtt

# 2. 添加mqtt broker的用户名和权限
root@ubuntu1804:~# mosquitto_passwd -c /mosquitto/pwdfile tom
Password: 
Reenter password: 

root@ubuntu1804:~# vim /mosquitto/aclfile 
user tom
topic write  /#
topic read  /#

# 3. 重启mqtt
root@ubuntu1804:~# systemctl restart mosquitto.service 

# 4. 发起监听
root@ubuntu1804:~# mosquitto_sub -h localhost -t "/xyz" -p 1883   -u tom -P redhat

# 5. 发送消息
root@ubuntu1804:~# mosquitto_pub -h 10.0.0.33 -t "/xyz" -i "client3" -m "How are you to tom ?" -u tom -P redhat -p 1883

监听特定的topic：

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发布消息：

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2、MQTTX 工具

EMQX：一款应用广泛的大规模分布式物联网 MQTT 服务器。自 2013 年在 GitHub 发布开源版本以来，目前全球下载量已超千万，累计连接物联网关键设备超过 1 亿台。

MQTT X ：一款开源的跨平台桌面客户端，它简单易用且提供全面的 MQTT 5.0 功能、特性测试，可运行在macOS, Linux 和 Windows 上。

# emqx官网： https://www.emqx.io/zh/downloads?os=Windows
# 项目地址： https://github.com/emqx/MQTTX
# 下载地址： https://github.com/emqx/MQTTX/releases
# 官网：     https://mqttx.app/zh。

链接：

https://www.cnblogs.com/qumogu/p/16007609.html

https://segmentfault.com/a/1190000021106683

https://segmentfault.com/a/1190000040216396

posted on 2023-03-31 16:27  背对背依靠  阅读(1238)  评论(0)  编辑  收藏  举报