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一、简述
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，音讯队列遥测传输协定），是一种基于公布 / 订阅（publish/subscribe）模式的 ” 轻量级 ” 通信协定，该协定构建于 TCP/IP 协定上，由 IBM 在 1999 年公布。MQTT 最大长处在于，能够以极少的代码和无限的带宽，为连贯近程设施提供实时牢靠的音讯服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协定，使其在物联网、小型设施、挪动利用等方面有较宽泛的利用。
MQTT 是一个基于客户端 - 服务器的音讯公布 / 订阅传输协定。MQTT 协定是轻量、简略、凋谢和易于实现的，这些特点使它适用范围十分宽泛。在很多状况下，包含受限的环境中，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、偶然拨号的医疗设施、智能家居、及一些小型化设施中已宽泛应用。
二、设计规范
因为物联网的环境是十分特地的，所以 MQTT 遵循以下设计准则：
（1）精简，不增加可有可无的性能；
（2）公布 / 订阅（Pub/Sub）模式，不便音讯在传感器之间传递；
（3）容许用户动态创建主题，零运维老本；
（4）把传输量降到最低以进步传输效率；
（5）把低带宽、高提早、不稳固的网络等因素思考在内；
（6）反对间断的会话管制；
（7）了解客户端计算能力可能很低；
（8）提供服务质量治理；
（9）假如数据不可知，不强求传输数据的类型与格局，放弃灵活性。
三、次要个性
MQTT 协定工作在低带宽、不牢靠的网络的近程传感器和管制设施通信而设计的协定，它具备以下次要的几项个性：
（1）应用公布 / 订阅音讯模式，提供一对多的音讯公布，解除应用程序耦合。这一点很相似于 XMPP，然而 MQTT 的信息冗余远小于 XMPP，, 因为 XMPP 应用 XML 格局文原本传递数据。
（2）对负载内容屏蔽的音讯传输。
（3）应用 TCP/IP 提供网络连接。支流的 MQTT 是基于 TCP 连贯进行数据推送的，然而同样有基于 UDP 的版本，叫做 MQTT-SN。这两种版本因为基于不同的连贯形式，优缺点天然也就各有不同了。
（4）有三种音讯公布服务质量：“ 至少一次 ”，音讯公布齐全依赖底层 TCP/IP 网络。会产生音讯失落或反复。这一级别可用于如下状况，环境传感器数据，失落一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。这一种形式次要一般 APP 的推送，假使你的智能设施在音讯推送时未联网，推送过来没收到，再次联网也就收不到了。“ 至多一次 ”，确保音讯达到，但音讯反复可能会产生。“ 只有一次 ”，确保音讯达到一次。在一些要求比拟严格的计费零碎中，能够应用此级别。在计费零碎中，音讯反复或失落会导致不正确的后果。这种最高品质的音讯公布服务还能够用于即时通讯类的 APP 的推送，确保用户收到且只会收到一次。
（5）小型传输，开销很小（固定长度的头部是 2 字节），协定替换最小化，以升高网络流量。这就是为什么在介绍里说它非常适合 ” 在物联网畛域，传感器与服务器的通信，信息的收集 ”，要晓得嵌入式设施的运算能力和带宽都绝对单薄，应用这种协定来传递音讯再适宜不过了。
（6）应用 Last Will 和 Testament 个性告诉无关各方客户端异常中断的机制。Last Will：即遗嘱机制，用于告诉同一主题下的其余设施发送遗嘱的设施曾经断开了连贯。Testament：遗嘱机制，性能相似于 Last Will。
四、MQTT 协定原理
4.1 MQTT 协定实现形式
实现 MQTT 协定须要客户端和服务器端通信实现，在通信过程中，MQTT 协定中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，音讯的发布者和订阅者都是客户端，音讯代理是服务器，音讯发布者能够同时是订阅者。
MQTT 传输的音讯分为：主题（Topic）和负载（payload）两局部：
（1）Topic，能够了解为音讯的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的音讯内容（payload）；
（2）payload，能够了解为音讯的内容，是指订阅者具体要应用的内容。
4.2 网络传输与利用音讯
MQTT 会构建底层网络传输：它将建设客户端到服务器的连贯，提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。
当利用数据通过 MQTT 网络发送时，MQTT 会把与之相干的服务质量（QoS）和主题名（Topic）相干连。
4.3 MQTT 客户端
一个应用 MQTT 协定的应用程序或者设施，它总是建设到服务器的网络连接。客户端能够：
（1）公布其余客户端可能会订阅的信息；
（2）订阅其它客户端公布的音讯；
（3）退订或删除应用程序的音讯；
（4）断开与服务器连贯。
4.4 MQTT 服务器
MQTT 服务器以称为 ” 音讯代理 ”（Broker），能够是一个应用程序或一台设施。它是位于音讯发布者和订阅者之间，它能够：
（1）承受来自客户的网络连接；
（2）承受客户公布的利用信息；
（3）解决来自客户端的订阅和退订申请；
（4）向订阅的客户转发应用程序音讯。
4.5 MQTT 协定中的订阅、主题、会话
一、订阅（Subscription）
订阅蕴含主题筛选器（Topic Filter）和最大服务质量（QoS）。订阅会与一个会话（Session）关联。一个会话能够蕴含多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。
二、会话（Session）
每个客户端与服务器建设连贯后就是一个会话，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逾越多个间断的网络连接。
三、主题名（Topic Name）
连贯到一个应用程序音讯的标签，该标签与服务器的订阅相匹配。服务器会将音讯发送给订阅所匹配标签的每个客户端。
四、主题筛选器（Topic Filter）
一个对主题名通配符筛选器，在订阅表达式中应用，示意订阅所匹配到的多个主题。
五、负载（Payload）
音讯订阅者所具体接管的内容。
4.6 MQTT 协定中的办法
MQTT 协定中定义了一些办法（也被称为动作），来于示意对确定资源所进行操作。这个资源能够代表事后存在的数据或动静生成数据，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入。次要办法有：
（1）Connect。期待与服务器建设连贯。
（2）Disconnect。期待 MQTT 客户端实现所做的工作，并与服务器断开 TCP/IP 会话。
（3）Subscribe。期待实现订阅。
（4）UnSubscribe。期待服务器勾销客户端的一个或多个 topics 订阅。
（5）Publish。MQTT 客户端发送音讯申请，发送实现后返回应用程序线程。
五、MQTT 协定数据包构造
在 MQTT 协定中，一个 MQTT 数据包由：固定头（Fixed header）、可变头（Variable header）、音讯体（payload）三局部形成。MQTT 数据包构造如下：
（1）固定头（Fixed header）。存在于所有 MQTT 数据包中，示意数据包类型及数据包的分组类标识。
（2）可变头（Variable header）。存在于局部 MQTT 数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容。
（3）音讯体（Payload）。存在于局部 MQTT 数据包中，示意客户端收到的具体内容。
5.1 MQTT 固定头
固定头存在于所有 MQTT 数据包中，其构造如下：
5.1.1 MQTT 数据包类型
地位：Byte 1 中 bits 7-4。
相于一个 4 位的无符号值，类型、取值及形容如下：
5.1.2 标识位
地位：Byte 1 中 bits 3-0。
在不应用标识位的音讯类型中，标识位被作为保留位。如果收到有效的标记时，接收端必须敞开网络连接：
（1）DUP：公布音讯的正本。用来在保障音讯的牢靠传输，如果设置为 1，则在上面的变长中减少 MessageId，并且须要回复确认，以保障音讯传输实现，但不能用于检测音讯反复发送。
（2）QoS：公布音讯的服务质量，即：保障消息传递的次数
Ø00：最多一次，即：<=1 Ø01：至多一次，即：>=1 Ø10：一次，即：=1 Ø11：预留
（3）RETAIN：公布保留标识，示意服务器要保留这次推送的信息，如果有新的订阅者呈现，就把这音讯推送给它，如果设有那么推送至以后订阅者后开释。5.1.3 残余长度（Remaining Length）
地址：Byte 2。
固定头的第二字节用来保留变长头部和音讯体的总大小的，但不是间接保留的。这一字节是能够扩大，其保留机制，前 7 位用于保留长度，后一部用做标识。当最初一位为 1 时，示意长度有余，须要应用二个字节持续保留。例如：计算出前面的大小为 0
5.2 MQTT 可变头
MQTT 数据包中蕴含一个可变头，它驻位于固定的头和负载之间。可变头的内容因数据包类型而不同，较常的利用是作为包的标识：
很多类型数据包中都包含一个 2 字节的数据包标识字段，这些类型的包有：PUBLISH (QoS > 0)、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK。
5.3 Payload 音讯体
Payload 音讯体位 MQTT 数据包的第三局部，蕴含 CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE 四种类型的音讯：
（1）CONNECT，音讯体内容次要是：客户端的 ClientID、订阅的 Topic、Message 以及用户名和明码。
（2）SUBSCRIBE，音讯体内容是一系列的要订阅的主题以及 QoS。
（3）SUBACK，音讯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。
（4）UNSUBSCRIBE，音讯体内容是要订阅的主题。
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