MQTT–快速入门

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1、什么是MQTT

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。MQTT最大优点在于，可以以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。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。

2、MQTT协议特性

• QoS0：“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。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。
• QoS1：“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。
• QoS2：“只有一次”，确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别。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。

3、MQTT协议原理

MQTT协议中有三种身份：发布者 （Publish）、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传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分：

• Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）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，是指订阅者具体要使用的内容。

3.1 发布/订阅、主题、会话

订阅者(Subscriber) 会向 消息服务器(Broker) 订阅一个 主题(Topic) 。成功订阅后，消息服务器会将该主题 下的消息转发给所有的订阅者。
主题(Topic)以 ‘/’ 为分隔符区分不同的层级。包含通配符 ‘+’ 或 ‘#’ 的主题又称为 主题过滤器(Topic Filters); 不 含通配符的称为 主题名(Topic Names)
发布者(Publisher)只能向 ‘主题名’ 发布消息，订阅者(Subscriber) 则可以通过订阅 ‘主题过滤器’ 来通配多个主 题名称。
每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话，客户端和服务器之间有状态交互。会话存在于一个网络之间， 也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接

3.2 MQTT协议中的方法

3.3 MQTT协议数据包结构

4、MQTT工作流程

1、客户端使用 TCP/IP 协议与 Broker 建立连接，可以选择使用 TLS/SSL 加密来实现安全通信。客户端提供认证信息，并指定会话类型（Clean Session 或 Persistent Session）。
2、客户端既可以向特定主题发布消息，也可以订阅主题以接收消息。当客户端发布消息时，它会将消息发送给 MQTT Broker；而当客户端订阅消息时，它会接收与订阅主题相关的消息。
3、MQTT Broker 接收发布的消息，并将这些消息转发给订阅了对应主题的客户端。它根据 QoS 等级确保消息可靠传递，并根据会话类型为断开连接的客户端存储消息。

总结

MQTT协议作为一种轻量级的消息传输协议，凭借其高效、可靠的特性，广泛应用于物联网和远程设备通信中。其基于发布/订阅模式的设计，使得设备之间的消息传递更加灵活，降低了应用程序之间的耦合度。通过支持多种消息服务质量（QoS）级别，MQTT能够满足不同场景下的可靠性需求。此外，MQTT的低开销特性和在线状态感知机制，使其在带宽受限和不稳定的网络环境中表现出色。随着物联网的快速发展，MQTT协议将继续发挥重要作用，推动智能设备的互联互通。

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