MQTT協(xié)議簡(jiǎn)介及協(xié)議原理

1:簡(jiǎn)介

???? MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議),是一種基于發(fā)布/訂閱(publish/subscribe)模式的“輕量級(jí)”通訊協(xié)議,該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上,由IBM在1999年發(fā)布。MQTT最大優(yōu)點(diǎn)在于,可以以極少的代碼和有限的帶寬,為連接遠(yuǎn)程設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)。做為一種低開銷、低帶寬占用的即時(shí)通訊協(xié)議,使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用等方面有較廣泛的應(yīng)用。

2:MQTT協(xié)議

MQTT是一個(gè)基于客戶端-服務(wù)器的消息發(fā)布/訂閱傳輸協(xié)議。MQTT協(xié)議是輕量、簡(jiǎn)單、開放和易于實(shí)現(xiàn)的,這些特點(diǎn)使它適用范圍非常廣泛。在很多情況下,包括受限的環(huán)境中,如:機(jī)器與機(jī)器(M2M)通信和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)。其在,通過衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號(hào)的醫(yī)療設(shè)備、智能家居、及一些小型化設(shè)備中已廣泛使用。

MQTT協(xié)議當(dāng)前版本為,2014年發(fā)布的MQTT v3.1.1。除標(biāo)準(zhǔn)版外,還有一個(gè)簡(jiǎn)化版MQTT-SN,該協(xié)議主要針對(duì)嵌入式設(shè)備,這些設(shè)備一般工作于百TCP/IP網(wǎng)絡(luò),如:ZigBee。

MQTT協(xié)議技術(shù)文檔:點(diǎn)此進(jìn)入,當(dāng)然也有PDF版的,百度一下,不過個(gè)人感覺不是官網(wǎng)上的字體和排版最舒服。

MQTT協(xié)議運(yùn)行在TCP/IP或其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,提供有序、無(wú)損、雙向連接。

3:MQTT特點(diǎn)

MQTT協(xié)議是為大量計(jì)算能力有限,且工作在低帶寬、不可靠的網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程傳感器和控制設(shè)備通訊而設(shè)計(jì)的協(xié)議。

它具有以下主要的幾項(xiàng)特性:

3.1:使用發(fā)布/訂閱消息模式,提供一對(duì)多的消息發(fā)布,解除應(yīng)用程序耦合:

這一點(diǎn)很類似于XMPP,但是MQTT的信息冗余遠(yuǎn)小于XMPP(因?yàn)閄MPP使用的是XML這種格式來(lái)傳遞數(shù)據(jù),你懂的)。

3.2:對(duì)負(fù)載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸。

3.3:使用TCP/IP提供網(wǎng)絡(luò)連接:

主流的MQTT是基于TCP連接進(jìn)行數(shù)據(jù)推送的,但是同樣有基于UDP的版本,叫做MQTT-SN。這兩種版本由于基于不同的連接方式,優(yōu)缺點(diǎn)自然也就各有不同了。

3.4:有三種消息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量:

[0] “至多一次”,消息發(fā)布完全依賴底層TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。會(huì)發(fā)生消息丟失或重復(fù):

這一級(jí)別可用于如下情況,環(huán)境傳感器數(shù)據(jù),丟失一次讀記錄無(wú)所謂,因?yàn)椴痪煤筮€會(huì)有第二次發(fā)送。這一種方式主要普通APP的推送,倘若你的智能設(shè)備在消息推送時(shí)未聯(lián)網(wǎng),推送過去沒收到,再次聯(lián)網(wǎng)也就收不到了。

[1] “至少一次”,確保消息到達(dá),但消息重復(fù)可能會(huì)發(fā)生:

這一種方式比較雞肋,在我的想象中沒能想到這種質(zhì)量的發(fā)送在常規(guī)的APP開發(fā)中有什么用處。

[2] “只有一次”,確保消息到達(dá)一次:

這一級(jí)別可用于如下情況,在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中,消息重復(fù)或丟失會(huì)導(dǎo)致不正確的結(jié)果。這種最高質(zhì)量的消息發(fā)布服務(wù)還可以用于即時(shí)通訊類的APP的推送,確保用戶收到且只會(huì)收到一次。

3.5:小型傳輸,開銷很?。ü潭ㄩL(zhǎng)度的頭部是2字節(jié)),協(xié)議交換最小化,以降低網(wǎng)絡(luò)流量:

這就是為什么在介紹里說它非常適合“在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,傳感器與服務(wù)器的通信,信息的收集”,要知道嵌入式設(shè)備的運(yùn)算能力和帶寬都相對(duì)薄弱,使用這種協(xié)議來(lái)傳遞消息再適合不過了。

3.6:使用Last

Will和Testament特性通知有關(guān)各方客戶端異常中斷的機(jī)制:

Last Will:即遺言機(jī)制,用于通知同一主題下的其他設(shè)備發(fā)送遺言的設(shè)備已經(jīng)斷開了連接。

Testament:遺囑機(jī)制,功能類似于Last Will 。

4:MQTT協(xié)議原理

4.1:MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)方式


實(shí)現(xiàn)MQTT協(xié)議需要:客戶端和服務(wù)器端

MQTT協(xié)議中有三種身份:發(fā)布者(Publish)、代理(Broker)(服務(wù)器)、訂閱者(Subscribe)。其中,消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端,消息代理是服務(wù)器,消息發(fā)布者可以同時(shí)是訂閱者。

MQTT傳輸?shù)南⒎譃椋褐黝}(Topic)和負(fù)載(payload)兩部分

Topic,可以理解為消息的類型,訂閱者訂閱(Subscribe)后,就會(huì)收到該主題的消息內(nèi)容(payload)

payload,可以理解為消息的內(nèi)容,是指訂閱者具體要使用的內(nèi)容

4.2:網(wǎng)絡(luò)傳輸與應(yīng)用消息

????MQTT會(huì)構(gòu)建底層網(wǎng)絡(luò)傳輸:它將建立客戶端到服務(wù)器的連接,提供兩者之間的一個(gè)有序的、無(wú)損的、基于字節(jié)流的雙向傳輸。

當(dāng)應(yīng)用數(shù)據(jù)通過MQTT網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時(shí),MQTT會(huì)把與之相關(guān)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)和主題名(Topic)相關(guān)連。

4.3:MQTT客戶端

一個(gè)使用MQTT協(xié)議的應(yīng)用程序或者設(shè)備,它總是建立到服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接。客戶端可以:

發(fā)布其他客戶端可能會(huì)訂閱的信息

訂閱其它客戶端發(fā)布的消息

退訂或刪除應(yīng)用程序的消息

斷開與服務(wù)器連接

4.4:MQTT服務(wù)器

MQTT服務(wù)器以稱為“消息代理”(Broker),可以是一個(gè)應(yīng)用程序或一臺(tái)設(shè)備。它是位于消息發(fā)布者和訂閱者之間,它可以:

接受來(lái)自客戶的網(wǎng)絡(luò)連接

接受客戶發(fā)布的應(yīng)用信息

處理來(lái)自客戶端的訂閱和退訂請(qǐng)求

向訂閱的客戶轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用程序消息

4.5:MQTT協(xié)議中的訂閱、主題、會(huì)話

訂閱(Subscription)

訂閱包含主題篩選器(Topic Filter)和最大服務(wù)質(zhì)量(QoS)。訂閱會(huì)與一個(gè)會(huì)話(Session)關(guān)聯(lián)。一個(gè)會(huì)話可以包含多個(gè)訂閱。每一個(gè)會(huì)話中的每個(gè)訂閱都有一個(gè)不同的主題篩選器。

會(huì)話(Session)

每個(gè)客戶端與服務(wù)器建立連接后就是一個(gè)會(huì)話,客戶端和服務(wù)器之間有狀態(tài)交互。會(huì)話存在于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間,也可能在客戶端和服務(wù)器之間跨越多個(gè)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)連接。

主題名(Topic Name)

連接到一個(gè)應(yīng)用程序消息的標(biāo)簽,該標(biāo)簽與服務(wù)器的訂閱相匹配。服務(wù)器會(huì)將消息發(fā)送給訂閱所匹配標(biāo)簽的每個(gè)客戶端。

主題篩選器(Topic Filter)

一個(gè)對(duì)主題名通配符篩選器,在訂閱表達(dá)式中使用,表示訂閱所匹配到的多個(gè)主題。

負(fù)載(Payload)

消息訂閱者所具體接收的內(nèi)容

4.6:MQTT協(xié)議中的方法

MQTT協(xié)議中定義了一些方法(也被稱為動(dòng)作), 來(lái)于表示對(duì)確定資源所進(jìn)行操作。 這個(gè)資源可以代表預(yù)先存在的數(shù)據(jù)或動(dòng)態(tài)生成數(shù)據(jù),這取決于服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)。通常來(lái)說,資源指服務(wù)器上的文件或輸出。

Connect,等待與服務(wù)器建立連接

Disconnect,等待MQTT客戶端完成所做的工作,并與服務(wù)器斷開TCP/IP會(huì)話

Subscribe,等待完成訂閱

UnSubscribe,等待服務(wù)器取消客戶端的一個(gè)或多個(gè)topics訂閱

Publish,MQTT客戶端發(fā)送消息請(qǐng)求,發(fā)送完成后返回應(yīng)用程序線程

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