MQTT简介

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是IBM开发的一个即时通讯协议。它的设计思想是轻巧、开放、简单、规范，因此易于实现。这些特点使得它对很多场景来说都是很好的选择，包括受限的环境如机器与机器的通信（M2M）以及物联网环境（IoT），这些场景要求很小的代码封装或者网络带宽非常昂贵。

MQTT协议是为大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：

• 使用发布(Publish)/订阅/(Subscribe)消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合
• 对负载内容屏蔽的消息传输
• 使用TCP/IP提供网络连接
• 有三种消息发布服务质量
  • “至多一次”，消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。
  • “至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。
  • “只有一次”，确保消息到达一次。这一级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。
• 小型传输，开销很小（固定长度的头部是 2 字节），协议交换最小化，以降低网络流量
• 使用 Last Will 和 Testament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制

简单的说MQTT协议是一个轻量级的即时通讯协议。因为它被运用在一些硬件和网络不太好的环境，所以它对设备的要求不会太高，以适应艰难的环境。同时要保证信息传递的质量，所以有三种发布质量模式（QoS）

它原生条件下是基于TCP/IP的的应用层协议屏蔽了消息传输的具体数据交互格式。也就是不用关心底层是怎么传输的，数据用的是什么格式来传输的在物联网领域（IoT,Internet of Things）未来会有大发展。

MQTT的发展背景

物联网中的数据传输会面临很多问题，比如在网络不稳定的情况下，如果保证数据的传输没有问题，如何保证数据不被重复发送，连接断开后如何进行重连。总体来说，物联网的接入会面临以下几个方面的挑战：

• 设备、传感器。物联网接入对终端采集和控制设备要求高，且终端的改造以及网络费用成本也比较高。另外，其对终端的能耗要求也比较高。
• 网络。现有的网络传输贷款参差不齐，传输网络不稳定。
• 服务器。高并发情况下，多客户端的接入能力以及消息处理能力。

MQTT的发展历史

在物联网中，开源和开放标准是基本的要素。MQTT的发展历史大致如下：

• 1999年，IBM和合作伙伴共同发明了MQTT协议。
• 2004年，org开放了论坛，供大家广泛参与。
• 2011年，IBM建立了Eclipse开源项目Paho，并贡献了代码。Eclipse Paho是MQTT的Java实现版本。
• 2013年，OASIS MQTT技术规范委员会成立。
• 2014年，MQTT正式成为推荐的物联网传输协议标准。

MQTT协议

目前MQTT大家都用在了手机推送，如FacebookMessenger，因为小巧，省电，协议开销小和能高效的向一和多个接收者传递信息，故适用于移动应用设备上。那么轻巧在哪里呢，协议简单，最小的头部只需2个字节。相对于XMPP，MQTT更加轻量级，并且占用用户很少的带宽。整体上协议可拆分为：固定头部+可变头部+消息体

• 第一个byte 用于说明消息体的信息.
• 第二个byte 用于传输我们需要传输的数据.
• 更多详情请看协议 msg-format 部分

MessageType(0和15保留，共占4个字节)

• “MQTT_CONNECT”=>1,//请求连接
• “MQTT_CONNACK”=>2,//请求应答
• “MQTT_PUBLISH”=>3,//发布消息
• “MQTT_PUBACK”=>4,//发布应答
• “MQTT_PUBREC”=>5,//发布已接收，保证传递1
• “MQTT_PUBREL”=>6,//发布释放，保证传递2
• “MQTT_PUBCOMP”=>7,//发布完成，保证传递3
• “MQTT_SUBSCRIBE”=>8,//订阅请求
• “MQTT_SUBACK”=>9,//订阅应答
• “MQTT_UNSUBSCRIBE”=>10,//取消订阅
• “MQTT_UNSUBACK”=>11,//取消订阅应答
• “MQTT_PINGREQ”=>12,//ping请求
• “MQTT_PINGRESP”=>13,//ping响应
• “MQTT_DISCONNECT”=>14//断开连接

DUP flag

用来在保证消息传输可靠的，如果设置为1，则在下面的变长头部里多加MessageId,并需要回复确认，保证消息传输完成，但不能用于检测消息重复发送。

Qos

主要用于PUBLISH（发布态）消息的，保证消息传递的次数。

• 00表示最多一次 即<=1
• 01表示至少一次 即>=1
• 10表示一次，即==1
• 11保留后用

Retain

主要用于PUBLISH(发布态)的消息，表示服务器要保留这次推送的信息，如果有新的订阅者出现，就把这消息推送给它。如果不设那么推送至当前订阅的就释放了。

固定头部的byte 2

是用来保存接下去的变长头部+消息体的总大小的。但可以不直接保存的，同样也是可以扩展，其机制是前7位用于保存长度，后一部用做标识。

我举个例了，即如果计算出后面的大小为0<length<=127的，正常保存；如果是127<length<16383的，则需要二个字节保存了，将第一个字节的最大的一位置1,表示未完。然后第二个字节继续存。

拿130来说，第一个字节存10000011,第二个字节存000000001，也就是0x83,0x01,把两个字节连起来看，第二个字节权重从2的8次开始。同起可以加第3个字节，最多可以加至第4个字节。故MQTT协议最多可以实现268 435 455 (0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x7F)将近256M的数据。可谓能伸能缩。

MQTT的使用

MQTT协议的架构，用一个示例说明。比如有1个温度传感器（1个Machine），2个小的显示屏（2个Machine)，显示屏要显示温度传感器的温度值。可通过MQTT V3.1 Protocol Specification查阅详细规范的细节。

显示器需要先通过MQTT协议subscribe（订阅）一个比如叫temperature的topic（主题）：

当温度传感器publish（发布）温度数据，显示器就可以收到了。

协议里还有2个主要的角色：

• client，客户端
• broker，服务器端

它们是通过TCP/IP协议连接的。因为MQTT是协议，所以不能拿来直接用的，就好比HTTP协议一样。需要找实现这个协议的库或者服务器来运行。

参考链接：