MQTT协议，终于有人讲清楚了 |
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MQTT协议，终于有人讲清楚了
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[[409407]] 本文转载自微信公众号「小麦大叔」，作者菜刀和小麦。转载本文请联系小麦大叔公众号。 大家好，我是小麦，最近做了一个物联网的项目，顺便总结一下MQTT协议。大家都知道，MQTT协议在物联网中很常用，如果你对此还不是很了解，相信这篇文章可以带你入门。 mqtt协议 1 MQTT协议特点 发布和订阅 QoS(Quality of Service levels) 2 MQTT 数据包结构 2.1 MQTT固定头 2.2 MQTT可变头 / Variable header 2.3 Payload消息体 3 环境搭建 3.1 MQTT服务器搭建 3.2 MQTT Client 4 总结 mqtt协议MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议)，是一种基于发布/订阅(publish/subscribe)模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。 MQTT最大优点在于，用极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。 作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。 1、MQTT协议特点MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。 MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器(M2M)通信和物联网(IoT)。 其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。 MQTT协议当前版本为，2014年发布的MQTT v3.1.1。除标准版外，还有一个简化版MQTT-SN，该协议主要针对嵌入式设备，这些设备一般工作于TCP/IP网络，如：ZigBee。 MQTT 与 HTTP 一样，MQTT 运行在传输控制协议/互联网协议 (TCP/IP) 堆栈之上。
MQTT OSI 发布和订阅MQTT使用的发布/订阅消息模式，它提供了一对多的消息分发机制，从而实现与应用程序的解耦。 这是一种消息传递模式，消息不是直接从发送器发送到接收器(即点对点)，而是由MQTT server(或称为 MQTT Broker)分发的。
MQTT 服务器是发布-订阅架构的核心。 它可以非常简单地在Raspberry Pi或NAS等单板计算机上实现，当然也可以在大型机或 Internet 服务器上实现。 服务器分发消息，因此必须是发布者，但绝不是订阅者! 客户端可以发布消息(发送方)、订阅消息(接收方)或两者兼而有之。 客户端(也称为节点)是一种智能设备，如微控制器或具有 TCP/IP 堆栈和实现 MQTT 协议的软件的计算机。 消息在允许过滤的主题下发布。主题是分层划分的 UTF-8 字符串。不同的主题级别用斜杠/作为分隔符号。 我们来看看下面的设置。 光伏发电站是发布者(Publisher)。 主要主题(Topic)级别是"PV"，这个工厂发布两个子级别"sunshine"和"data"; "PV/sunshine"是一个布尔值(true/fault，也可以是 1/0)，充电站需要它来知道是否应该装载电动汽车(仅在阳光普照时 :))。 充电站(EVSE)是订阅者，订阅"PV/sunshine"从服务器获取信息。 "PV/data" 另一方面，以 kW 为单位传输工厂产生的瞬时功率，并且该主题可以例如通过计算机或平板电脑订阅，以生成一天内传输功率的图表。这就是一个简单的MQTT的应用场景，具体如下图所示;
MQTT 发布和订阅 QoS(Quality of Service levels)服务质量是 MQTT 的一个重要特性。当我们使用 TCP/IP 时，连接已经在一定程度上受到保护。但是在无线网络中，中断和干扰很频繁，MQTT 在这里帮助避免信息丢失及其服务质量水平。这些级别在发布时使用。如果客户端发布到 MQTT 服务器，则客户端将是发送者，MQTT 服务器将是接收者。当MQTT服务器向客户端发布消息时，服务器是发送者，客户端是接收者。 QoS 0 这一级别会发生消息丢失或重复，消息发布依赖于底层TCP/IP网络。即： 0)、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、 SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK 2.3 Payload消息体Payload消息体是MQTT数据包的第三部分，CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四种类型的消息 有消息体： CONNECT，消息体内容主要是：客户端的ClientID、订阅的Topic、Message以及用户名和密码 SUBSCRIBE，消息体内容是一系列的要订阅的主题以及QoS。 SUBACK，消息体内容是服务器对于SUBSCRIBE所申请的主题及QoS进行确认和回复。 UNSUBSCRIBE，消息体内容是要订阅的主题。 3、环境搭建介绍完基础理论部分，下面在Windows平台上搭建一个简单的MQTT应用，进行简单的应用，整体架构如下图所示; [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ScRucIVO-1625480723109)(架构图.png)] 3.1 MQTT服务器搭建目前MQTT代理的主流平台有下面几个： Mosquitto：https://mosquitto.org/ VerneMQ：https://vernemq.com/ EMQTT：http://emqtt.io/本文将使用 Mosquitoo 进行测试，进入到安装页面，下载自己电脑的系统所适配的程序;
下载页面 安装成功之后，进入到安装路径下，找到mosquitto.exe; [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-YXZupgOv-1625480723111)(image-20210705171401654.png)] 按住Shift，右键鼠标点击空白处，然后打开Powershell，正常打开一个终端软件即可; 输入./mosquitto.exe -h 可以查看相应的帮助; 输入./mosquitto.exe -p 10086，就开启了MQTT服务，监听的地址是127.0.0.1，端口是10086;具体如下图所示;
服务器搭建好了，下面就是开启客户端，进行发布和订阅，这样就可以传输相应的消息。 这里我使用的是自己编译了一个QT mqtt client 程序，是基于Qt的官方库进行编译的，下面打开这个软件，下一期简单介绍一下如何完成这个客户端，并设置好相应参数： 地址：127.0.0.1 端口：10086然后订阅主题，就可以互相发送数据了，具体如下图所示;
结合前面的图片来看，整体的架构如下所示;
本文简单介绍了MQTT协议的工作原理，以及相应的协议格式，简单介绍了协议的一些细节，具体举出了相应的应用场景，作者水平和能力有限，文中难免存在错误和纰漏，请大佬不吝赐教。 本期就到此结束了，我是小麦，我们下期再见。
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