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物联网平台的标配—MQTT

本文选自 | 《MQTT 协议快速入门》

作者 | 付强

责编 | odd

最近的 BAT 动向,都把 MQTT 作为物联网前置接入套件单列出来作为标准云服务提供。阿里云物联网套件,百度开放云物联网服务 IOT,腾讯 QQ 物联平台,中移动 OneNet 开放云,Amazon IOT 服务......今天,来聊聊 MQTT 协议的基本概念和术语,核心内容包括:

  • MQTT 协议的通信模型
  • MQTT Client
  • MQTT Broker
  • MQTT 协议数据包

01

MQTT 协议的通信模型

就像我们在之前提到的,MQTT 的通信是通过发布/订阅的方式来实现的,消息的发布方和订阅方通过这种方式来进行解耦,它们没有直接地连接,它们需要一个中间方。在 MQTT 里面我们称之为 Broker,用来进行消息的存储和转发。一次典型的 MQTT 消息通信流程如下所示:

  1. 发布方将消息发送到 Broker;
  2. Broker 接收到消息以后,检查下都有哪些订阅方订阅了此类消息,然后将消息发送到这些订阅方;
  3. 订阅方从 Broker 获取该消息。

02

MQTT Client

任何终端,嵌入式设备也好,服务器也好,只要运行了 MQTT 的库或者代码,我们都称为 MQTT 的 Client。Publisher 和 Subscriber 都属于 Client,Pushlisher 或者 Subscriber 只取决于该 Client 当前的状态——是在发布还是在订阅消息。当然,一个 Client 可以同时是 Publisher 和 Subscriber。

MQTT Client 库在很多语言中都有实现,包括 Android、Arduino、Ruby、C、C++、C#、Go、iOS、Java、JavaScript,以及 .NET 等。如果你要查看相应语言的库实现,可以在这里找到。

本文中,我们主要使用 Node.js 的 MQTT Client 库来进行演示,所以需要先安装 Node.js,然后安装 MQTT Client 的 Node.js 包。

03

MQTT Broker

如前面所讲的,Broker 负责接收 Publisher 的消息,并发送给相应的 Subscriber,它是整个 MQTT 订阅/发布的核心。在实际应用中,一个 MQTT Broker 还应该提供以下一些功能:

  • 可以横向扩展,比如集群,来满足大量的 Client 接入;
  • 可以扩展接入业务系统;
  • 易于监控,满足高可用性。

我们在之前文章面提到的阿里云、腾讯云、青云之类的云服务商提供的 MQTT 服务,其实就可以理解为他们提供了满足上述要求的 MQTT Broker。

在本文中,我们使用一个公共的 MQTT Broker —— iot.eclipse.org 做演示,同时也会学习如何搭建一个 MQTT Broker。

04

MQTT 协议数据包

MQTT 协议的数据包格式非常简单,一个 MQTT 协议数据包由下面三个部分组成:

  • 固定头(Fixed header):存在于所有的 MQTT 数据包中,用于表示数据包类型及对应标识,表明数据包大小;
  • 可变头(Variable header):存在于部分类型的 MQTT 数据包中,具体内容由相应类型的数据包决定;
  • 消息体(Payload):存在于部分 MQTT 数据包中,存储消息的具体数据。

接下来看一下固定头的格式,可变头和消息体我们将在讲解各种具体类型的 MQTT 协议数据包的时候 case by case 地讨论。

固定头格式:

固定头的第一个字节的高 4 位 bit 用于指定该数据包的类型,MQTT 的数据包有以下一些类型:

固定头的低 4 位 bit 用于指定数据包的 Flag,不同的数据包类型,其 Flag 的定义是不一样的,每种数据包对应的 Flag 如下:

从固定头的第 2 字节开始是用于标识 MQTT 数据包长度的字段,最少一个字节,最大四个字节,每一个字节的低 7 位用于标识值,范围为 0~127。

最高位的 1 位是标识位,用来说明是否有后续字节来标识长度。例如:标识为 0,代表为没有后续字节;标识为 1,代表后续还有一个字节用于标识包长度。MQTT 协议规定最多可以用四个字节来标识包长度。

所以这四个字节最多可以标识的包长度为:(0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x7F) = 268435455 字节,约 256M,这个是 MQTT 协议中数据包的最大长度。(注意:Remain Length 的值不包含固定头的大小,包括第 1 字节和 Remain Length 字段。)

本文分享自微信公众号 - GitChat精品课(CSDN_Tech),作者:付强

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2019-03-01

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