什么是MQTT協議？

MQTT協議是構建于tcp/ip協議的一種應用層協議，它的全稱是（Message Queuing Telemetry Transport）。我們常見的http就是一種應用層協議。MQTT協議的優點在于可以使用極少的代碼和有限的帶寬去傳輸信息，因為其低開銷，低帶寬占用的及時通訊特點使其在物聯網，小型設備直接的通訊等中十分常見。

當用戶使用mqtt協議進行通訊時，會先和服務器進行連接也就是訂閱，成功連接后就會展開會話環節，在會話時我們會產生一個主題的概念，我們會告訴服務器我們的主題，服務器也會通過主題來給我們發送信息。

MQTT協議的格式

每條MQTT的消息都包含一個固定的報頭，有些消息會攜帶一個可變報文頭和一個負荷。

MQTT協議分為三部分：固定頭，可變頭和負載。其中固定頭是必須包含的，可變頭與負載視使用者的情況而定。

固定頭和可變頭的主要作用有為設置消息的類型，用戶只會接收到想接收到的消息，負載則為確切的信息。

固定頭

固定頭顧名思義就是每個mqtt消息頭部都要包含的頭部，它最少可為兩字節。

上表為我們展示了固定頭的格式。

字節一：

訊息類型占了第一個字節中的第7位到第4位，

DUP標志占字節一中的第3位。

當客戶端或服務器嘗試重新傳遞PUBLISH，PUBREL， SUBSCRIBE或UNSUBSCRIBE消息時，將設置此標志。這適用于QoS值大于零（0）且需要確認的消息。當DUP位置1時，變量頭包括消息ID。

接收者應將此標志視為有關消息是否先前已被接收的提示。不應依靠它來檢測重復項。

QoS等級占了第2到第1位，它表示了此PUBLISH消息傳遞的服務質量。

保留位于第0位，如果用戶在發送給服務端的信息中將該位置“1”，服務器就會保留發給給客戶端的信息。

字節二：

此字節表示當前消息中剩余的字節數，包括變量頭和有效載荷中的數據。

一個字節可最多表示127個字節的消息，這里可能就有人問了一個字節最大是1111 1111按道理來說應該是256才對啊？但因為mqtt協議最多可以以4字節的形式來表示剩余消息中的字節數，所以每個字節的第8位數字表示是否需要再使用一個字節來表示剩下消息中的字節數，如果在第8位置“1”就表示再使用一個字節，置“0”就表示不調用。

可變頭

下表顯示了變量頭的格式示例：

協議名稱（Protocol Name）

協議名稱位于MQTT CONNECT消息的變量標頭中 。此字段是UTF編碼的字符串。

協議版本（Protocol Version Number）

該字段是一個8位無符號值，表示客戶端使用的協議的修訂級別。

連接標志（Connect Flags）

Clean session，Will，Will QoS和保留標志存在于CONNECT消息的變量標頭中。

清理會話標志（Clean Session）

位置：連接標志字節的位1。

如果設置為（0），則服務器必須在斷開連接后存儲客戶端的訂閱。這包括繼續存儲已訂閱主題的QoS 1和QoS 2消息，以便在客戶端重新連接時可以傳遞它們。服務器還必須在連接斷開時保持正在傳送的運行中消息的狀態。在客戶端重新連接之前，必須保留此信息。

如果設置為（1），則服務器必須丟棄有關客戶端的任何先前維護的信息，并將連接視為“干凈”。當客戶端斷開連接時，服務器還必須放棄任何狀態。

預設置標志（Will flag）

位置：連接標志字節的位2。

Will消息定義當服務器在與客戶端通信期間遇到I / O錯誤，或者客戶端無法在Keep Alive計時器計劃內進行通信時，服務器將代表客戶端發布消息。服務器從客戶端接收到DISCONNECT消息后，不會觸發發送Will消息的操作。

如果設置了Will標志，則Will QoS和Will Retain字段必須出現在Connect標志字節中，而Will Topic和Will Message字段必須出現在有效負載中。

QoS

位置：連接標志字節的第4位和第3位。

如果客戶端非自愿斷開連接，則連接的客戶端在Will消息的Will QoS字段中指定QoS級別。Will消息在CONNECT消息的有效負載中定義。

如果設置了Will標志，則Will QoS字段為必填字段，否則其值將被忽略。

Will QoS的值為0（0x00），1（0x01）或 2（0x02）。下表顯示了Will QoS標志。

將保留標志（will retain)

位置：連接標志字節的第5位。

Will Retain標志表示客戶端是否意外斷開連接時，服務器是否應保留由服務器代表客戶端發布的Will消息。

如果設置了Will標志，則Will Retain標志是必需的，否則將被忽略。

用戶名和密碼標志(username and password flag)

位置：連接標志字節的第6位和第7位。

連接客戶端可以指定用戶名和密碼，并且設置標志位表示CONNECT消息的有效負載中包括用戶名和可選的密碼。

如果設置了“用戶名”標志，則“用戶名”字段是必填字段，否則將忽略其值。如果設置了密碼標志，則密碼字段是必填字段，否則其值將被忽略。在不提供用戶名的情況下提供密碼是無效的。

保持活動計時器(Keep Alive timer)

保持活動計時器（以秒為單位）定義了從客戶端收到的消息之間的最大時間間隔。它使服務器能夠檢測到與客戶端的網絡連接已斷開，而不必等待長時間的TCP / IP超時。客戶有責任在每個“保持活動”時間段內發送消息。在此時間段內沒有數據相關消息的情況下，客戶端會發送PINGREQ消息，服務器會通過PINGRESP消息進行確認 。

保持活動計時器可以通過MSB和LSB的順序進行設置，它們分別占有2個字節。

負荷

以下類型的MQTT命令消息具有有效負載：

連接

有效負載包含一個或多個UTF-8編碼的字符串。他們為客戶端指定了一個無歧義的標識符，一個Will主題和消息以及要使用的用戶名和密碼。除了第一個以外的所有都是可選的，它們的存在是根據變量頭中的標志確定的。

訂閱

有效負載包含客戶端可以訂閱的主題名稱和QoS級別的列表。這些字符串是UTF編碼的。

后退

有效負載包含已授權QoS級別的列表。這些是服務器管理員已允許客戶端訂閱特定主題名稱的QoS級別。授予的QoS級別以與相應的SUBSCRIBE消息中的主題名稱相同的順序列出。

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