MQTT协议

MQTT轻量发布订阅消息协议

概览

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

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

应用

MQTT协议广泛应用于物联网、移动互联网、智能硬件、车联网、电力能源等领域。
    1.
    物联网M2M通信,物联网大数据采集
    2.
    Android消息推送,WEB消息推送
    3.
    移动即时消息,例如Facebook Messenger
    4.
    智能硬件、智能家具、智能电器
    5.
    车联网通信,电动车站桩采集
    6.
    智慧城市、远程医疗、远程教育
    7.
    电力、石油与能源等行业市场

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
chat/room/1
2
3
sensor/10/temperature
4
5
sensor/+/temperature
6
7
$SYS/broker/metrics/packets/received
8
9
$SYS/broker/metrics/#
Copied!
主题(Topic)通过’/’分割层级,支持’+’, ‘#’通配符:
1
'+': 表示通配一个层级,例如a/+,匹配a/x, a/y
2
3
'#': 表示通配多个层级,例如a/#,匹配a/x, a/b/c/d
Copied!
订阅者与发布者之间通过主题路由消息进行通信,例如采用mosquitto命令行发布订阅消息:
1
mosquitto_sub -t a/b/+ -q 1
2
3
mosquitto_pub -t a/b/c -m hello -q 1
Copied!
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

Bit
7
6
5
4
3
2
1
0
byte1
MQTT Packet type
Flags
byte2...
Remaining Length

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

Qos1消息发布订阅

Qos2消息发布订阅

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。
例如mosquitto命令行发布一条保留消息到主题’a/b/c’:
1
mosquitto_pub -r -q 1 -t a/b/c -m 'hello'
Copied!
之后连接上来的MQTT客户端订阅主题’a/b/c’时候,仍可收到该消息:
1
$ mosquitto_sub -t a/b/c -q 1
2
hello
Copied!
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:
    1
    mosquitto_pub -r -q 1 -t a/b/c -m ''
    Copied!
    2.
    消息服务器设置保留消息的超期时间。

MQTT WebSocket连接

MQTT协议除支持TCP传输层外,还支持WebSocket作为传输层。通过WebSocket浏览器可以直连MQTT消息服务器,发布订阅模式与其他MQTT客户端通信。
MQTT协议的WebSocket连接,必须采用binary模式,并携带子协议Header:
1
Sec-WebSocket-Protocol: mqttv3.1 或 mqttv3.1.1
Copied!

MQTT协议客户端库

Eclipse Paho客户端库

mqtt.org官网客户端库

MQTT与XMPP协议对比

MQTT协议设计简单轻量、路由灵活,将在移动互联网物联网消息领域,全面取代PC时代的XMPP协议:
    1.
    MQTT协议一个字节固定报头,两个字节心跳报文,报文体积小编解码容易。XMPP协议基于繁重的XML,报文体积大且交互繁琐。
    2.
    MQTT协议基于主题(Topic)发布订阅模式消息路由,相比XMPP基于JID的点对点消息路由更为灵活。
    3.
    MQTT协议未定义报文内容格式,可以承载JSON、二进制等不同类型报文。XMPP协议采用XML承载报文,二进制必须Base64编码等处理。
    4.
    MQTT协议支持消息收发确认和QoS保证,XMPP主协议并未定义类似机制。MQTT协议有更好的消息可靠性保证。
Last modified 9mo ago