MQTT协议简介

MQTT协议是一种轻巧量级、 开放、轻巧松的基于发布/订阅范式的消息传输协议。它被设计用于在材料受限的设备上运行，并为矮小带宽阔、高大延迟或不可靠的网络而优化。MQTT协议在物联网、 制造自动化、远程监控等领域得到了广泛应用，是当前物联网领域最广泛用的传信协议之一。

MQTT连接建立过程

MQTT连接建立过程包括客户端发起连接求、 服务端响应连接求、客户端和服务端协商连接参数等步骤。在这玩意儿过程中，客户端和服务端通过交换CONNECT、CONNACK报文来完成连接的建立。

• 客户端发送CONNECT报文， 包含客户端标识符、协议版本、会话持续标志、用户名和密码等信息。
• 服务端收到CONNECT报文后 发送CONNACK报文作为响应，确认连接是不是成功。

MQTT协议中的角色和机制

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成， 在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者、代理、订阅者。这一字节是能 的，其保存机制，前7位用于保存长远度，后一位用做标识。

• 发布者：负责发布消息到主题。
• 代理：负责接收发布者的消息并转发给订阅者。
• 订阅者：负责订阅感兴趣的主题，接收来自代理的消息。

MQTT报文结构解析

MQTT报文由可变报头、有效负载和可选的固定报头三有些组成。可变报头包含报文类型、 标志位和报文长远度信息；有效负载则包含实际传输的数据内容；固定报头仅在有些特定报文类型中出现，用于携带额外的控制信息。

• 可变报头：
• 报文类型：标识报文类型， 如CONNECT、CONNACK、PUBLISH等。
• 标志位：表示报文的特定功能，如保留消息、QoS等级等。
• 报文长远度：标识可变报头和有效负载的总长远度。
• 有效负载：实际传输的数据内容。
• 固定报头：仅在特定报文类型中出现，如CONNACK报文中的返回码。

MQTT消息发布订阅机制

MQTT采用发布/订阅模式进行消息传输， 核心包括发布者、订阅者和消息代理三个角色。

• 发布者：将消息发布到主题。
• 订阅者：订阅感兴趣的主题，接收来自代理的消息。
• 消息代理：负责接收发布者的消息并转发给订阅者。

MQTT定义了许多种报文类型， 如PUBLISH、SUBSCRIBE、UNSUBSCRIBE等，用于实现发布、订阅、取消订阅等功能。

MQTT连接建立过程包括以下步骤：

• 客户端发送CONNECT报文， 包含客户端标识符、协议版本、会话持续标志、用户名和密码等信息。
• 服务端收到CONNECT报文后 发送CONNACK报文作为响应，确认连接是不是成功。
• 客户端和服务端协商连接参数，如主题过滤器、QoS等级等。

MQTT会话管理机制

MQTT协议给了会话管理的机制， 包括保留消息、遗嘱消息和心跳机制等功能。

• 保留消息：允许发布者发布一条消息， 并标记为“保留”，当新鲜的订阅者订阅该主题时会马上收到该保留消息。
• 遗嘱消息：允许客户端在异常断开时服务端发布一条消息通知其他客户端。
• 心跳机制：用于检测客户端与服务端的连接状态。

MQTT服务质量等级

MQTT协议定义了三种不同的服务质量等级，用于满足不同应用场景对可靠性的需求。

• QoS 0：表示“最许多一次”交付，即尽力而为但不保证消息能够送达。
• QoS 1：表示“至少许一次”交付，即消息至少许会被送达一次但兴许会再来一次。
• QoS 2：表示“precisely once”交付，即消息will被且仅被送达一次。

MQTT平安机制

MQTT协议给了基于用户名/密码的身份认证机制， 以及基于TLS/SSL的传输层加密功能，确保了MQTT传信的平安性。

• 用户名/密码身份认证：客户端在连接时 能携带用户名和密码，服务端进行身份验证。
• 传输层加密：客户端和服务端之间的传信能采用TLS/SSL加密，护着数据不被窃取或篡改。
• 主题过滤：通过主题过滤的方式实现访问控制，管束客户端对特定主题的访问权限。

通过深厚入剖析MQTT协议的报文结构、 连接建立流程、消息发布订阅机制、会话管理机制、服务质量等级以及平安机制等内部机制，我们能全面搞懂MQTT协议的干活原理。这将有助于我们根据实际应用场景选择合适的MQTT实现方案，为物联网应用的设计与开发给有力支撑。