MQTT 协议学习：007-Keep Alive 连接保活与对应报文(PINGREQ、PINGRESP)

背景

keep alive 是 CONNECT 报文中可变头的一部分。

我们提到过 Broker 需要知道 Client 是否非正常地断开了和它的连接，以发送遗愿消息。实际上 Client 也需要能够很快地检测到它失去了和 Broker 的连接，以便重新连接。

MQTT 协议是基于 TCP 的一个应用层协议，理论上 TCP 协议在丢失连接时会通知上层应用，但是 TCP 有一个半打开连接的问题（half-open connection）。这里我不打算深入分析 TCP 协议，需要记住的是，在这种状态下，一端的 TCP 连接已经失效，但是另外一端并不知情，它认为连接依然是打开的，它需要很长的时间才能感知到对端连接已经断开了，这种情况在使用移动或者卫星网络的时候尤为常见。

所以，仅仅依赖 TCP 层的连接状态监测是不够的，于是 MQTT 协议设计了一套 Keep Alive 机制。回忆一下，在建立连接的时候，我们可以传递一个 Keep Alive 参数，它的单位为秒，MQTT 协议中约定：在 1.5*Keep Alive 的时间间隔内，如果 Broker 没有收到来自 Client 的任何数据包，那么 Broker 认为它和 Client 之间的连接已经断开；同样地, 如果 Client 没有收到来自 Broker 的任何数据包，那么 Client 认为它和 Broker 之间的连接已经断开。

MQTT 还有一对 PINGREQ/PINGRESP 数据包，当 Broker 和 Client 之间没有任何数据包传输的时候，可以通过 PINGREQ/PINGRESP 来满足 Keep Alive 的约定和侦测连接状态。

对于 Keep Alive 机制，我们还需要记住以下几点：

如果在一个 Keep Alive 时间间隔内，Client 和 Broker 有过数据包传输，比如 PUBLISH，Client 就没有必要再使用 PINGREQ 了，在网络资源比较紧张的情况下这点很重要；
Keep Alive 值是由 Client 指定的，不同的 Client 可以指定不同的值；
Keep Alive 的最大值为 18 小时 12 分 15 秒；
Keep Alive 值如果设为 0 的话，代表不使用 Keep Alive 机制。

说明
如果没有任何其它的控制报文可以发送，客户端必须发送一个PINGREQ报文。

不管保持连接的值是多少，客户端任何时候都可以发送PINGREQ报文，并且使用PINGRESP报文判断网络和服务端的活动状态。

如果保持连接的值非零，并且服务端在一点五倍的保持连接时间内没有收到客户端的控制报文，它必须断开客户端的网络连接，认为网络连接已断开。

客户端发送了PINGREQ报文之后，如果在合理的时间内仍没有收到PINGRESP报文，它应该关闭到服务端的网络连接。

PINGREQ – 心跳请求报文

当 Client 在一个 Keep Alive 时间间隔内没有向 Broker 发送任何数据包，比如 PUBLISH 和 SUBSCRIBE 的时候，它应该向 Broker 发送 PINGREQ 数据包。

PINGREQ 数据包没有可变头（Variable header）和消息体（Payload），那么，PINGREQ 报文的全部内容(共2个字节)就是： 0xc0 0x00

PINGRESP – 心跳响应报文

当 Broker 收到来自 Client 的 PINGREQ 数据包，它应该回复 Client 一个 PINGRESP 数据包。

PINGRESP 数据包没有可变头（Variable header）和消息体（Payload），那么，PINGRESP 报文的全部内容(共2个字节)就是： 0xd0 0x00