MQTT-基础理念

MQTT与HTTP的区别

• HTTP协议是客户端与服务端直连请求与响应
• MQTT是基于发布订阅模型的轻量级的消息传输协议

MQTT能力

• 发布:Publish
• 订阅:Subscribe
• 代理:Broker,管理通信
• 执行模式:客户端发送消息到broker，broker将消息发送给订阅过的客户端

MQTT通信模式

• 一对一:点对点通信
• 一对多:消息广播
• 多对一:数据采集
• MQTT 底层协议基于TCP实现

服务质量等级

• QoS 0:消息可能丢失 (最多一次传输)
• QoS 1:消息不会丢失但可能重复 (至少一次传输)
• Qos 2:消息不会丢失也不会重复 (仅有一次传输)
• 服务质量越稳定可靠性越高的同时对性能损耗越大
• 根据实际网络情况和服务质量选择质量等级

心跳机制

KeepAlive是在TCP中一个可以检测死连接的机制,不稳定的网络环境可能会让连接进入假死状态,为了减少对上层的影响,客户端和代理都需要及时感知连接是否处于异常状态,底层tcp协议的KeepAlive感知所需时间太长，mqtt自己定义了一套KeepAlive机制,客户端需要定期发送心跳报文,用来感知异常状态进行断开

心跳是创建连接的时候，在connect报文中指定，指定时间单位是s，假设KeepAlive指定心跳时间为1分钟,当客户端连接空闲时间超过1分钟时,向broker发送心跳报文PINGREQ，broker收到心跳请求后返回心跳响应PINGRESP,如果broker超过1.5分钟时间没有收到心跳请求则断开连接,可以投递遗嘱消息到订阅方，如果客户端超过一定时间没有收到心跳响应也断开连接

• 遗嘱消息:

  在MQTT中采用发布订阅模式,实际通信的双方不会直接进行连接,所有通信的客户端无法感知对方的在线状态,遗嘱机制就是客户端连接的时候向代理设置自己的遗嘱内容,一旦代理发现连接异常断开，就向所有订阅该遗嘱的客户端发送遗嘱消息

• 保留消息

  发布一条消息的时候，如果订阅方不在线，就会错过这条消息,如果不想这样可以使用保留消息功能,让broker保留向主题发送的最后一条消息,当订阅端重新上线并订阅的时候,broker就会把消息发送过去,这样可以让客户端上线时就收到消息,保持更新，无需等待下次消息

• 半开连接:

  当通信双方直接的传输因为网络或者其他原因有时会不同步，比如一方发生崩溃或者传输错误,在tcp中这种不完全连接状态称为半开连接,表象是通信的一侧继续运行，不回通知另一侧的故障,仍然连接的一方继续尝试发送消息并等待响应

• 客户接管 Take-Over:

  客户端与broker连接异常断开，时间小于心跳断开时间,尝试重新连接broker,在未达到心跳时间的时间内，客户端与broker会有两条连接,

  针对此项mqtt重新连接并执行客户端Take-Over措施:先断开之前的连接再建立新的连接

MQTT报文

MQTT总共定义了14种报文类型,按照功能分类可以分为连接、发布、订阅、心跳四类

• CONNECT-客户端向代理发起连接:

  • 客户端标识符
  • 用户名
  • 密码
  • 遗嘱消息

• PUBLISH-客户端向代理发布消息:

  • 主题
  • QoS
  • Payload

• SUBSCRIBE-客户端向代理订阅的主题:

  • 主题
  • QOS

• 报文格式:

  1. 固定报头-用于所有控制报文:

  2. 可变报头-部分控制报文

  3. 有效载荷-部分控制报文

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