2017-12-27 | Code | UNLOCK

mqtt专题(一)之MQTT协议

二、MQTT的特点

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:

  1. 使用发布/订阅消息模式,提供一对多的消息发布,解除应用程序耦合。这一点很类似于 XMPP,但是 MQTT 的信息冗余远小于XMPP(因为 XMPP 使用的是 XML 这种格式来传递数据)。

  2. 对负载内容屏蔽的消息传输。

  3. 使用 TCP/IP 提供网络连接。主流的 MQTT 是基于 TCP 连接进行数据推送的,但是同样有基于 UDP 的版本,叫做 MQTT-SN 。这两种版本由于基于不同的连接方式,优缺点自然也就各有不同了。

  4. 有三种消息发布服务质量(Qos):

    1. 最多一次: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。这一种方式主要普通APP的推送,倘若你的智能设备在消息推送时未联网,推送过去没收到,再次联网也就收不到了。
      2.至少一次:确保消息到达,但消息重复可能会发生。这一种方式比较鸡肋,在我的想象中没能想到这种质量的发送在常规的 APP 开发中有什么用处。
      3.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。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP 的推送,确保用户收到且只会收到一次。
  5. 小型传输,数据传输和狭义交换的最小化(协议头部只有2个字节),以降低网络流量。

  6. 通知机制,异常中断是通知传输双方。使用 Last Will 和 Testament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制。Last Will:即遗言机制,用于通知同一主题下的其他设备发送遗言的设备已经断开了连接。

三、MQTT协议原理

  1. 协议实现方式

    实现MQTT协议需要:客户端和服务器端

    MQTT协议中有三种身份:发布者(Pushlish)、代理(Broker)(服务器)、订阅者(Subscribe)。其中,消息的发布者和订阅者都是客户端,消息代理是服务器,消息发布者可以同时是订阅者。

    MQTT的消息分为:主题(Topic)和负载(payload)两部分

    Topic,可以理解为消息的类型,订阅者Subscribe之后,就会收到该主题的消息内容(payload)。

    payload,可以理解为消息的内容,是指订阅者具体的使用内容

  2. 网络传输和应用消息

    MQTT会构建底层网络传输:它将建立客户端到服务器的连接,提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节的双向传输。当应用数据通过MQTT网络发送时,MQTT会把与之相关的服务质量(Qos)和主题名(Topic)相关联。

  3. MQTT客户端

    一个使用MQTT的应用程序或者设备,它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以:

    发布其他客户端可能会订阅的消息

    订阅其他客户端发布的消息

    退订或删除应用程序的消息

    断开与服务器的连接

  4. MQTT服务器

    MQTT服务器可以称为“消息代理(Broker)”,也可以是一个 应用程序或者设备,它位于消息发布者和订阅者之间,它可以:

    接受来自客户的网络连接

    接受客户发布的应用信息

    处理来自客户端的订阅和退订请求

    向订阅的客户转发应用程序信息

  5. MQTT协议中的订阅、主题、会话

    1. 订阅(Subscription)

      订阅包换主题筛选器(Topic Filter)和最大服务质量(Qos)。订阅与一个会话(Session)关联。一个会话可以包含多个订阅。每一个会话的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。

    2. 会话(Session)
      每个客户与服务器建立连接之后就是一个会话,客户端和服务器之间有状态交互。会话存在一个网络之间,也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。

    3. 主题名(Topic)
      连接到一个应用程序消息的标签,该标签与服务器的订阅相匹配。服务器会将消息发送给订阅所匹配标签的每个客户端。

    4. 主题筛选器(Topic Filter)
      一个与主题名通配符筛选器,在订阅表达式中使用,表示订阅所匹配到的多个主题。

    5. 负载(Payload)
      消息订阅者所具体接收的内容

  6. MQTT协议中的方法

    MQTT 协议中定义了一些方法(也被称为动作), 来于表示对确定资源所进行操作。 这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据,这取决于服务器的实现。通常来说,资源指服务器上的文件或输出。

    Connect,等待与服务器建立连接
    Disconnect,等待MQTT客户端完成所做的工作,并与服务器断开TCP/IP会话
    Subscribe,等待完成订阅
    UnSubscribe,等待服务器取消客户端的一个或多个topic订阅
    Publish, MQTT 客户端发送消息请求,发送完成后返回应用程序线程

未完待续。。。

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