MQTT协议
MQTT轻量发布订阅消息协议
概览
MQTT是一个轻量的发布订阅模式消息传输协议,专门针对低带宽和不稳定网络环境的物联网应用设计。
MQTT官网: http://mqtt.org
MQTT V3.1.1协议规范: http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/os/mqtt-v3.1.1-os.html
特点
开放消息协议,简单易实现
发布订阅模式,一对多消息发布
基于TCP/IP网络连接
1字节固定报头,2字节心跳报文,报文结构紧凑
消息QoS支持,可靠传输保证
应用
MQTT协议广泛应用于物联网、移动互联网、智能硬件、车联网、电力能源等领域。
物联网M2M通信,物联网大数据采集
Android消息推送,WEB消息推送
移动即时消息,例如Facebook Messenger
智能硬件、智能家具、智能电器
车联网通信,电动车站桩采集
智慧城市、远程医疗、远程教育
电力、石油与能源等行业市场
MQTT基于主题(Topic)消息路由
MQTT协议基于主题(Topic)进行消息路由,主题(Topic)类似URL路径,例如:
chat/room/1
sensor/10/temperature
sensor/+/temperature
$SYS/broker/metrics/packets/received
$SYS/broker/metrics/#
主题(Topic)通过’/’分割层级,支持’+’, ‘#’通配符:
'+': 表示通配一个层级,例如a/+,匹配a/x, a/y
'#': 表示通配多个层级,例如a/#,匹配a/x, a/b/c/d
订阅者与发布者之间通过主题路由消息进行通信,例如采用mosquitto命令行发布订阅消息:
mosquitto_sub -t a/b/+ -q 1
mosquitto_pub -t a/b/c -m hello -q 1
Note
订阅者可以订阅含通配符主题,但发布者不允许向含通配符主题发布消息。
MQTT V3.1.1协议报文
报文结构
固定报头(Fixed header) |
可变报头(Variable header) |
报文有效载荷(Payload) |
固定报头
Bit | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
byte1 | MQTT Packet type | Flags | ||||||
byte2… | Remaining Length |
报文类型
类型名称 | 类型值 | 报文说明 |
CONNECT | 1 | 发起连接 |
CONNACK | 2 | 连接回执 |
PUBLISH | 3 | 发布消息 |
PUBACK | 4 | 发布回执 |
PUBREC | 5 | QoS2消息回执 |
PUBREL | 6 | QoS2消息释放 |
PUBCOMP | 7 | QoS2消息完成 |
SUBSCRIBE | 8 | 订阅主题 |
SUBACK | 9 | 订阅回执 |
UNSUBSCRIBE | 10 | 取消订阅 |
UNSUBACK | 11 | 取消订阅回执 |
PINGREQ | 12 | PING请求 |
PINGRESP | 13 | PING响应 |
DISCONNECT | 14 | 断开连接 |
PUBLISH发布消息
PUBLISH报文承载客户端与服务器间双向的发布消息。 PUBACK报文用于接收端确认QoS1报文,PUBREC/PUBREL/PUBCOMP报文用于QoS2消息流程。
PINGREQ/PINGRESP心跳
客户端在无报文发送时,按保活周期(KeepAlive)定时向服务端发送PINGREQ心跳报文,服务端响应PINGRESP报文。PINGREQ/PINGRESP报文均2个字节。
MQTT消息QoS
MQTT发布消息QoS保证不是端到端的,是客户端与服务器之间的。订阅者收到MQTT消息的QoS级别,最终取决于发布消息的QoS和主题订阅的QoS。
发布消息的QoS | 主题订阅的QoS | 接收消息的QoS |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
0 | 2 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
1 | 2 | 1 |
2 | 0 | 0 |
2 | 1 | 1 |
2 | 2 | 2 |
Qos0消息发布订阅
Qos1消息发布订阅
Qos2消息发布订阅
MQTT会话(Clean Session)
MQTT客户端向服务器发起CONNECT请求时,可以通过’Clean Session’标志设置会话。
‘Clean Session’设置为0,表示创建一个持久会话,在客户端断开连接时,会话仍然保持并保存离线消息,直到会话超时注销。
‘Clean Session’设置为1,表示创建一个新的临时会话,在客户端断开时,会话自动销毁。
MQTT连接保活心跳
MQTT客户端向服务器发起CONNECT请求时,通过KeepAlive参数设置保活周期。
客户端在无报文发送时,按KeepAlive周期定时发送2字节的PINGREQ心跳报文,服务端收到PINGREQ报文后,回复2字节的PINGRESP报文。
服务端在1.5个心跳周期内,既没有收到客户端发布订阅报文,也没有收到PINGREQ心跳报文时,主动心跳超时断开客户端TCP连接。
Note
emqttd消息服务器默认按最长2.5心跳周期超时设计。
MQTT遗愿消息(Last Will)
MQTT客户端向服务器端CONNECT请求时,可以设置是否发送遗愿消息(Will Message)标志,和遗愿消息主题(Topic)与内容(Payload)。
MQTT客户端异常下线时(客户端断开前未向服务器发送DISCONNECT消息),MQTT消息服务器会发布遗愿消息。
MQTT保留消息(Retained Message)
MQTT客户端向服务器发布(PUBLISH)消息时,可以设置保留消息(Retained Message)标志。保留消息(Retained Message)会驻留在消息服务器,后来的订阅者订阅主题时仍可以接收该消息。
例如mosquitto命令行发布一条保留消息到主题’a/b/c’:
mosquitto_pub -r -q 1 -t a/b/c -m 'hello'
之后连接上来的MQTT客户端订阅主题’a/b/c’时候,仍可收到该消息:
$ mosquitto_sub -t a/b/c -q 1
hello
保留消息(Retained Message)有两种清除方式:
客户端向有保留消息的主题发布一个空消息:
mosquitto_pub -r -q 1 -t a/b/c -m ''
消息服务器设置保留消息的超期时间。
MQTT WebSocket连接
MQTT协议除支持TCP传输层外,还支持WebSocket作为传输层。通过WebSocket浏览器可以直连MQTT消息服务器,发布订阅模式与其他MQTT客户端通信。
MQTT协议的WebSocket连接,必须采用binary模式,并携带子协议Header:
Sec-WebSocket-Protocol: mqttv3.1 或 mqttv3.1.1
MQTT协议客户端库
emqtt客户端库
emqtt项目组: https://github.com/emqtt
Erlang MQTT客户端库 | |
Swift语言MQTT客户端库 | |
QT框架MQTT客户端库 |
Eclipse Paho客户端库
Paho官网: http://www.eclipse.org/paho/
mqtt.org官网客户端库
mqtt.org: https://github.com/mqtt/mqtt.github.io/wiki/libraries
MQTT与XMPP协议对比
MQTT协议设计简单轻量、路由灵活,将在移动互联网物联网消息领域,全面取代PC时代的XMPP协议:
MQTT协议一个字节固定报头,两个字节心跳报文,报文体积小编解码容易。XMPP协议基于繁重的XML,报文体积大且交互繁琐。
MQTT协议基于主题(Topic)发布订阅模式消息路由,相比XMPP基于JID的点对点消息路由更为灵活。
MQTT协议未定义报文内容格式,可以承载JSON、二进制等不同类型报文。XMPP协议采用XML承载报文,二进制必须Base64编码等处理。
MQTT协议支持消息收发确认和QoS保证,XMPP主协议并未定义类似机制。MQTT协议有更好的消息可靠性保证。