MQTT简介

MQTT

MQTT是一个轻量的发布订阅模式消息传输协议,专门针对低带宽和不稳定网络环境的物联网应用设计。

  • MQTT官网: http://mqtt.org
  • MQTT V3.1.1协议规范: http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/os/mqtt-v3.1.1-os.html

特点

  1. 开放消息协议,简单易实现
  2. 发布订阅模式,一对多消息发布
  3. 基于TCP/IP网络连接
  4. 1字节固定报头,2字节心跳报文,报文结构紧凑
  5. 消息QoS支持,可靠传输保证

MQTT基于主题(Topic)消息路由

MQTT协议基于主题(Topic)进行消息路由,主题(Topic)类似URL路径,例如:

1
2
3
4
5
chat/room/1
sensor/10/temperature
sensor/+/temperature
$SYS/broker/metrics/packets/received
$SYS/broker/metrics/#

主题(Topic)通过’/’分割层级,支持’+’, ‘#’通配符:

1
2
'+': 表示通配一个层级,例如a/+,匹配a/x, a/y
'#': 表示通配多个层级,例如a/#,匹配a/x, a/b/c/d

订阅者与发布者之间通过主题路由消息进行通信。订阅者可以订阅含通配符主题,但发布者不允许向含通配符主题发布消息。

MQTT V3.1.1协议报文

报文结构:

  • 固定报头(Fixed header)
  • 可变报头(Variable header)
  • 报文有效载荷(Payload)

固定报头

固定报头2Bit,byte1 的4-7位代表MQTT Packet type,0-3位代表Flags。 byte2 为 保留长度。

报文类型

类型名称 类型值 报文说明
CONNECT 1 发起连接
CONNACK 2 连接回执
PUBLISH 3 发布消息
PUBACK 4 发布回执
PUBREC 5 QoS2消息回执
PUBREL 6 QoS2消息释放
PUBCOMP 7 QoS2消息完成
SUBSCRIBE 8 订阅主题
SUBACK 9 订阅回执
UNSUBSCRIBE 10 取消订阅
UNSUBACK 11 取消订阅回执
PINGREQ 12 PING请求
PINGRESP 13 PING响应
DISCONNECT 14 断开连接

PUBLISH发布消息

PUBLISH报文承载客户端与服务器间双向的发布消息。 PUBACK报文用于接收端确认QoS1报文,PUBREC/PUBREL/PUBCOMP报文用于QoS2消息流程。

PINGREQ/PINGRESP心跳

客户端在无报文发送时,按保活周期(KeepAlive)定时向服务端发送PINGREQ心跳报文,服务端响应PINGRESP报文。PINGREQ/PINGRESP报文均2个字节。

MQTT消息QoS

MQTT发布消息QoS保证不是端到端的,是客户端与服务器之间的。订阅者收到MQTT消息的QoS级别,最终取决于发布消息的QoS和主题订阅的QoS。

发布消息的QoS 主题订阅的QoS 接收消息的QoS
0 0 0
0 1 0
0 2 0
1 0 0
1 1 1
1 2 1
2 0 0
2 1 1
2 2 2

Qos0消息发布订阅

Qos0 最多发送一次:

qos0

Qos1 至少发送一次:
收到 pushback回执,确保发送到订阅者一次。这里因为订阅者无法区分消息的重复,可能会导致多次消息的接受。

qos1

Qos2 只发送一次:
仅当收到PUBCOMP回执时,删除本地缓存的message。

qos2

MQTT会话(Clean Session)

MQTT客户端向服务器发起CONNECT请求时,可以通过’Clean Session’标志设置会话。‘Clean Session’设置为0,表示创建一个持久会话,在客户端断开连接时,会话仍然保持并保存离线消息,直到会话超时注销。‘Clean Session’设置为1,表示创建一个新的临时会话,在客户端断开时,会话自动销毁。

MQTT连接保活心跳

MQTT客户端向服务器发起CONNECT请求时,通过KeepAlive参数设置保活周期。客户端在无报文发送时,按KeepAlive周期定时发送2字节的PINGREQ心跳报文,服务端收到PINGREQ报文后,回复2字节的PINGRESP报文。服务端在1.5个心跳周期内,既没有收到客户端发布订阅报文,也没有收到PINGREQ心跳报文时,主动心跳超时断开客户端TCP连接。

MQTT遗愿消息(Last Will)

MQTT客户端向服务器端CONNECT请求时,可以设置是否发送遗愿消息(Will Message)标志,和遗愿消息主题(Topic)与内容(Payload)。

MQTT客户端异常下线时(客户端断开前未向服务器发送DISCONNECT消息),MQTT消息服务器会发布遗愿消息。

MQTT保留消息(Retained Message)

MQTT客户端向服务器发布(PUBLISH)消息时,可以设置保留消息(Retained Message)标志。保留消息(Retained Message)会驻留在消息服务器,后来的订阅者订阅主题时仍可以接收该消息。

保留消息(Retained Message)有两种清除方式:

  1. 客户端向有保留消息的主题发布一个空消息;
  2. 消息服务器设置保留消息的超期时间。
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