1 MQTT定义

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输协议),是一个基于发布/订阅式的通讯协议。它的固定头部只有2字节,开销很小,具有轻量、简单、开放和易于实现的特点,这些特点使得它应用广泛,它的最大优点是,只需占用极少的带宽即可为远程设备的连接提供可靠的实时消息服务,用户还可以使用预留标志位,按照自己的系统需求进行扩展。

下面是一个简单的MQTT系统模型:

MQTT系统模型

2 MQTT原理

2.1 组成部分

可以将MQTT拆分为服务端和客户端两部分来理解:

  1. 服务端
    负责处理客户端的请求以及消息推送。

  2. 客户端
    在与服务器建立连接后,可以主动发布消息或订阅主题。

2.2 消息推送

  1. 订阅主题

当客户端订阅了某个主题,且该主题有更新时,才会收到消息推送。

  1. 发布主题

当客户端发布了某个主题,所有订阅该主题的客户端,在该主题更新时,都会收到推送。

2.3 服务质量

MQTT有三种消息服务质量,可根据不同应用场景选择对应的服务质量,确保消息推送符合要求。

  • Qos0:最多一次
  • Qos1:最少一次
  • Qos2:只有一次

3 MQTT协议格式

MQTT数据包结构:固定头部+可变头部+有效载荷。

下面以OneNET的MQTT协议接入为例说明:

3.1 固定头部

固定头部存在于所有MQTT数据包中,表示数据包类型。

固定头部格式如下所示:

MQTT固定头部格式
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
Byte 1 MQTT Packet Type 0 0 0 0
Byte 2-5 Remaining Length(该字段占用1~4字节)

其中Remaining Length是 剩余长度 ,表示后面还剩多少字节的数据,而剩余长度最大可占用4字节(剩余长度采用的128进制,所以理论上MQTT能发送的最大报文为228=256M,但云平台往往会限制MQTT单个发布消息的最大长度,比如阿里云超过256KB的消息会被拒绝)。

3.2 可变头部

可变头部只存在于部分MQTT数据包中,是否有可变头部由固定头部的数据包类型决定。

下面以MQTT连接消息数据包的可变头部为例:

MQTT可变头部格式
Bytes\Bit 描述 7 6 5 4 3 2 1 0
Byte 1-2 协议名
长度
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
Byte 3 'M' 0 1 0 0 1 1 0 1
Byte 4 'Q' 0 1 0 1 0 0 0 1
Byte 5 'T' 0 1 0 1 0 1 0 0
Byte 6 'T' 0 1 0 1 0 1 0 0
Byte 7 协议版本 0 0 0 0 0 1 0 0
Byte 8 连接标志 User Password Will
Retain
WillQos Will Clean
Session
Reserve
1 1 0 0 0 1 0 0
Byte 9-10 保活时间
300s
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 1 1 0 0

3.3 有效载荷

有效载荷也叫消息体,存在于部分MQTT数据包中,是否存在由MQTT数据包类型决定。

下面以MQTT连接消息数据包的有效载荷为例:

MQTT有效载荷格式
Bytes 描述 格式
Byte 1 设备ID(ClientIdentifier) 2字节字符串长度
+字符串"ClientIdentifier"
Byte 2 产品ID(UserName) 2字节字符串长度
+字符串"UserName"
Byte 3 鉴权信息(UserPassword) 2字节字符串长度
+字符串"UserPassword"