mqtt如何发布程序和订阅程序

A. MQTT 基本认知

物联网 (internet of thing) ，表示的是可以把一些带某些传感器的设备(终端)，接入到互联网的行为。
通过互联网连接这些设备，这些设备就能够互相协作。
而 MQTT 就是这些设备之间数据通信的一个基于 TCP/IP 的协议。

每个终端都和实现了 MQTT 协议的代理/服务器相连。
通过 published MQTT 代理服务器的某个 主题 发送数据。
通过 subscription 从 MQTT 代理服务器获取自己订阅的 主题 数据。

MQTT 协议是一种轻量级的、灵活的网络协议。并且非常适合 IOT 的场景。

大多数开发人员已经熟悉了 HTTP WEB 协议。那么为什么不让 IOT 设置链接到 WEB 服务？
设备可以采用 HTTP 请求的形式发送数据，并采用 HTTP 响应的形式从服务器获取数据，接受更新。
因为对于 IOT 的设备来说，这种 主动请求--> 被动等待应答的 数据传输模型存在严重的局限性：

那么，MQTT 为什么如此轻便且灵活？MQTT 协议的一个关键的特性是 发布/订阅模型 。它将数据的发布者和接受者分离。

一个设备终端既可以是数据的发布者 (published) 也可以是数据的订阅者 (subscription) 。

一个设备如果要发布数据，只需要往代理服务器中 相应的主题发布数据内容即可。
一个设备如果需要接受到数据，只需要在代理服务器中， 提前订阅自己需要关注的主题即可。

MQTT 最基本的体验，就是使用 mosquitto 。
Mosquitto是一款实现了 MQTT v3.1 协议的开源消息代理软件，提供轻量级的，支持发布/订阅的的消息推送模式，使设备对设备之间的短消息通信简单易用。
它可以理解成一个 MQTT 的代理服务器。

基本步骤如下：

安装成功截图

使用 brew services start mosquitto 启动 MQTT 服务

运行截图

然后再打开另外两个终端窗口，模拟两个IOT设备。A 订阅 MQTT 服务。B 向 MQTT 的服务发送数据。

A订阅当前MQTT的某个服务。

B向 MQTT 服务器发布(published) 数据。

然后，我们就可以在A控制台里看到由 B 通过 MQTT 服务发送的数据了。

基本流程图

控制台 A 向 MQTT 服务器订阅 dw/demo 服务，并被动的等待 MQTT 服务器返回数据。
控制台 B 主动的向 MQTT 服务器的 dw/demo 服务发送 published 数据，之后。服务器会主动向事先订阅了 dw/demo 的终端分发此消息。

MQTT 是一种链接协议，它指定了如何组织数据字节并通过 TCP/IP 网络传输它们。但实际上，开发人员并不需要链接这个链接协议的具体细节。我们只需要知道，每条消息都有一个命令和数据有效负载。该命令定义消息类型(比如 CONNECT 消息或者 SUB SCRIBE 消息)。所有的 MQTT 库和工具都提供了直接处理这些消息的基本方法，并且能自动填充一些必要的字段(在数据包的对应字节填充)，比如消息和客户端 ID。

首先客户端发送一条 CONNECT消息 来链接代理。CONNECT 消息要求建立从客户端到代理服务器的链接。

CONNECT 命令的基本参数

当客户端向代理服务器发送一条 CONNECT 命令之后，服务器会调用 CONNACK 命令，告知服务链接的状态。

CONNACK 命令的基本参数

当客户端和服务器建立连接之后，客户端就可以向服务器订阅某些主题的。(发送一条或多条 SUBSCRIBE消息 )。
表明当服务器接受到其他终端推送的此主题数据时，服务器会默认发送给它。

SUBSCRIBE 参数列表

当客户端成功的向服务器订阅某个主题之后，服务器会返回一条 SUBACK 的消息，其中包含一个或者多个 returnCode 参数。

SUBACK消息参数

returnCode : 值 0 - 2 ，表示成功订阅，并返回这个订阅消息的 QOS。值 128 ： 订阅失败。

既然客户端可以向服务器订阅某个主题，当然也可以取消订阅。
与 SUBSCRIBE 订阅命令相反的命令是 UNSUBSCRIBE 取消订阅命令。
此命令非常简单。只有一个topic(主题)参数。

上面讲的是订阅，订阅是需要有消息从服务器发送过来的。但是服务器本身基本不产生数据，那数据从何而来呢？
通过另外一个客户端执行 PUBLISH 命令，往代理服务器发送数据。并最终通过代理服务器将数据传递给订阅了此服务的客户端。

PUBLISH 消息参数

对于 MQTT 的一张基本理解图

基本流程图：

最后总结

参考资料： 初识 MQTT

B. mqtt协议的Android端接口该怎么写啊，有点乱额，mqtt协议不是没有接口嘛只有一堆主题

一、MQTT协议
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是IBM开发的一个即时通讯协议，有可能成为物联网的重要组成部分。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当做传感器和制动器（比如通过Twitter让房屋联网）的通信协议。
MQTT协议是为大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：
1、使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合；
2、对负载内容屏蔽的消息传输；
3、使用 TCP/IP 提供网络连接；
4、有三种消息发布服务质量：
MQTT协议通信过程
二、MQTT协议的数据格式
MqttMessage
private boolean mutable = true;
private byte[] payload;
private int qos = 1;
private boolean retained = false;
private boolean p = false;
三、MQTT协议在Android端的集成
在app的build.gradle中添加依赖。或者自己去网上下载对应版本的jar包也可以。

repositories {
maven {
url"https://repo.eclipse.org/content/repositories/paho-releases/"
}
}

dependencies {
compile 'org.eclipse.paho:org.eclipse.paho.client.mqttv3:1.1.0'
compile 'org.eclipse.paho:org.eclipse.paho.android.service:1.1.0'
}

C. MQTT 系列之 MQTT broker 的连接

client 在可以发布和订阅消息之前，必须先连接到 broker，下面我们来看一下连接到 broker 的流程。

连接的建立由 Client 端发起，Client 端首先向 broker 发送一个 CONNECT 数据包，CONNECT 数据包包含以下内容（这里我们略过 fixed header）。

在 CONNECT 数据包可变头中，含有以下信息。

协议名称（Protocol name） ：值固定为 MQTT 字符。

协议版本 ：对于 MQTT3.1.1 来说，值为 4.

用户名标识 ：消息体中是否有用户名字段， 1bit ， 0 或 1。

密码标识 ：消息体中是否有密码字段，1bit，0 或 1。

遗愿消息 Retain 标志（will retain） ：标识遗愿消息是否是 retain 消息，1 bit，0 或 1。

遗愿消息 QoS 标志 （will QoS） ：标志遗愿消息的 QoS 是否存在，1 bit，0 或 1。

会话清除标志（clean session） ：标识 Client 是否建立一个持久化的会话，1bit，0或1，当 clean session 的标识为 0 时，代表 client 希望建立一个之久的会话连接，broker 间存储该 client 订阅的主题和未接受的消息，否则broker不会存储这些数据，同时在建立连接时清除这个 client 之前的持久化会话保存的数据。

心跳保持（keep alive） ：设置一个单位为秒的时间间隔，client 和 broker 之间在这个时间内至少需要进行一次消息交互，否则 client 和 broker 会认为它们之间的连接已断开。

CONNECT 数据包的消息体中包含了以下数据。

客户端标识符（client identifier） ：Client Identifier 是用来标识 Client 身份的字段，在 MQTT3.1.1 的版本中，这个字段的长度是 1 到 23个字节，而且只能包含数字和26个字母（包括大小写），broker 通过这个字段来区分不同的 client。所有在连接的时候，client应该保证它的 identifier 是唯一的，通常我们可以使用比如 UUID，唯一的设备硬件标识，或者 Android 设备的 DEVICE_ID 等作为 Client identifier 的取值来源。MQTT 协议中要求 Client 连接时必须带上 Client Identifier，但是也允许 broker 在实现时 Client Identifier 为空，这时 Broker 会为 Client 分配一个内部唯一的 Identifier。如果你需要使用持久化会话，那就必须自己为 Client 设定一个唯一的 Identifier。

用户名（Username） ：如果可变头中的用户标识设为 1，那么消息体中将包含用户名字段，Broker 可以使用用户名和密码来对接入的 Client 进行验证，只允许已经授权的 Client 接入。注意不同的 Client 需要使用不同的 Client Identifier，但它们可以使用同样的用户名和密码进行连接。

密码（password） ：如果可变头中的密码标识为1，那么消息体中将包含密码字段。

遗愿主题（will topic） ：如果可变头中遗愿标识设为1，那么消息体中将包遗愿主题，当 Client 非正常地中断连接的时候，Broker将向指定的遗愿主题中发布遗愿消息。

遗愿消息（will message） ：如果可变头中的遗愿标志为1，那么消息体中将包含遗愿消息，当 Client 非正常地中断连接的时候，Broker 将向指定的遗愿主题中发布由该字段指定的内容。

当 broker 收到 client 的 CONNECT 数据包之后，将检查并校验 CONNECT 数据包的内容，之后回复 Client 一个 CONNACK 数据包。
CONNACK 数据包包含以下内容（这里略过 Fixed header）。

CONNACK 数据包的可变头中，含有如下信息：
会话存在标识（Session Present Flag） ：用于标识在 Broker 上，是否存在该 client（用 client identifier 区分）的持久性会话，1bit，0或1。当 Client 在连接时设置 clean session = 1 ，则 CONNACK 中的 Session Present Flag 始终为 0；当 client 在连接时设置 clean session = 0 时，那么分为两种情况：如果 broker 上面保存了这个 Client 之前留下的持久性会话，那么 CONNACK 中的 session present flag 值为 1，如果 broker 没有保存该 client 的任何会话数据，那么 CONNACK 中 session present flag 值为 0.

连接返回码： 用于标识 client 是否连接建立成功，连接返回码如下：

在这里强调一下 code 4 和 5。Return Code 4 在 MQTT 协议中的含义是 Username 和 Password 的格式不正确，但是在大部分的 Broker 实现中，在使用错误的用户名密码时，得到的返回码也是 4。所以这里我们认为 4 就是代表错误的用户名或密码。Return Code 5 一般在 Broker 不使用用户名和密码而使用 IP 地址或者 Client Identifier 进行验证的时候使用，来标识 Client 没有通过验证。

CONNACK 没有 payload。

Client 主动关闭连接的流程很简单，只需要向 broker 发送一个 DISCONNECT 数据包就可以了。DISCONNECT 数据包没有可变头和消息体。在 Client 发送完 DISCONNECT 后，无需等待 broker 的回复（broker 也不会有回复），直接关闭底层的 tcp 连接即可。

MQTT 协议规定 Broker 在没有收到 Client 的 DISCONNECT 数据包之前都应该保持和 Client 连接，只有 Broker 在 Keep Alive 的时间间隔里，没有收到 Client 的任何 MQTT 数据包的时候会主动关闭连接。一些 Broker 的实现在 MQTT 协议上做了一些拓展，支持 Client 的连接管理，可以主动地断开和某个 Client 的连接。

Broker 主动关闭连接之前不会向 Client 发送任何 MQTT 数据包，直接关闭底层的 TCP 连接就完事了。

D. 消息推送是如何实现的

消息推送是当服务器有新消息需推送给用户时，先发送给应用App，应用App再发送给用户。以下是几 种主流的消息推送方式：
1、轮询。基于Pull方式，应用程序隔固定时间主动与服务器进行连接并查询是否有新的消息。
2、SMS信令推送。基于Push方式，服务器有新消息时，发送1条类似短信的信令给客户端，客户端通过拦截信令，解析消息内容 / 向服务器获取信息。
3、MQTT协议。轻量级的消息发布/订阅协议，基于Push方式，wmqtt.jar 是IBM提供的MQTT协议的实现。
4、 XMPP协议。Extensible Messageing and Presence Protocol，可扩展消息与存在协议，是基于可扩展标记语言（XML）的协议，是目前主流的四种IM协议之一。
消息推送的实现，可以促进信息的流通，让信息传播更快速。极光JPush 是经过考验的大规模 App 推送平台，每天推送消息量级为数百亿条。 开发者集成 SDK 后，可以通过调用 API 推送消息。

E. 【内部分享】MQTT协议解读及使用经验

时间：2018-07-26

Q: 什么是网络连接？

A: 网络连接是传输层定义的概念，在传输层以下只存在网络数据包的相互交换。

所谓连接，其实也不是在网络上有一条真实存在的数据通道。只要通信双方在一段时间内持续保持数据包交换，就可以视为双方建立的连接并没有断开。

连接的建立是依托于TCP协议的三次握手，一旦连接已经建立完毕，通信双方就可以复用这条虚拟通道进行数据交换。如果连接保持长时间工作一直没有被中断，那么这样的TCP连接就俗称为长连接。

Message Queue Telemetry Transport ，中文直译： 消息队列遥测传输协议 。

在MQTT协议被设计出来的年代，还没有物联网这么时髦的词汇，当年叫做 遥测设备 。

MQTT协议真正开始声名鹊起的原因，是其正好恰恰踩中移动互联网发展的节拍，为消息推送场景提供了一个既简便又具有良好扩展性的现成解决方案。

http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/os/mqtt-v3.1.1-os.html

可以看出，MQTT对消息头的规定十分精简， 固定头部占用空间大小仅为1个字节 ，一个最小的报文占用的空间也 只有两个字节 （带一字节的长度标识位）。

这也是MQTT协议针对不稳定及带宽低下的网络环境做出的特定设计 - - - - 尽可能地节省一切不必要的网络开销 。

Q：为什么MQTT协议需要心跳报文(PINGREQ, PINGRESP)来维护连接状态，只监控该TCP的连接状态是否可以实现目的？

A: TCP数据传输默认的超时时间过长，不符合应用层上细粒度的要求。

TCP数据传输超时的情况可分成三种： 服务端断开 、 客户端断开 、 中间网络断开 。

在前两种场景下，若断开操作是一方主动发起的，即表示为TCP连接正常结束，双方走四次挥手流程；若程序异常结束，则会触发被动断开事件，通信另一方也能立刻感知到本次连接所打开的 Socket 出现中断异常。

唯独中间网络的状态是通信双方不能掌握的。 在Linux系统下 ，TCP的连接超时由内核参数来控制，如果通信中的一方没有得到及时回复，默认会主动再尝试 6次 。如果还没有得到及时回应，那么其才会认定本次数据超时。

连带首次发包与六次重试，Linux系统下这7次发包的超时时间分别为 2的0次方 至 2的6次方 ，即1秒、2秒、4秒、8秒、16秒、32秒、64秒，一共127秒。MQTT协议认为如此长的超时时间对应用层而言粒度太大，因此其在应用层上还单独设计属于自身的心跳响应控制。常见的MQTT连接超时多被设定为 60秒 。

扩展知识 - TCP的KeepAlive机制： http://hengyunabc.github.io/why-we-need-heartbeat/

由通信中的 报文标识符 ( Packet Identifier )传达。

Q：仅Publish与Pubrec能保证消息只被投递一次吗？

A： 业务上可以实现，但MQTT协议并没有如此设计，原因如下：

每个消息都会拥有属于自己的报文标识符，但如果需要两次数据交换就实现消息仅只收到一次，就需要通信双方记录下每次使用的报文标识符，并且在处理每一条消息时都需要去重处理，以防消息被重复消费。

但MQTT协议最初被设计的工作对象是轻量级物联设备，为此在协议的设计中报文标识符被约定为 可重用 ，以减少对设备性能的消耗，换回的代价不得不使用四次网络数据交换，才能确保消息正好被消费一次。

Q：两个不同客户端在发布与订阅同一Topic下的消息时，都可以提出通信Qos要求，此时以哪项为基准？

A： 伪命题，故意在分享时埋下坑，等人来踩。

两个不同客户端的通信是需要 Broker 进行中转，而不是直连。因此，通信中存在两个不同的会话，双方的Qos要求仅仅作用于它们与 Broker 之间的会话，最终的Qos基准只会向最低要求方看齐。

例：遗嘱消息的正确使用方式可参考此篇文章： https://www.hivemq.com/blog/mqtt-essentials-part-9-last-will-and-testament

虽然可以借助 Retain Message 实现绑定一条消息至某个Topic，以达到消息的暂时保留目的。

但首先 Retain Message 并不是为存储场景而设计的，再次MQTT协议并没有对消息的持久化作出规定，也就是说Broker重启后，现有保留消息也将丢失。

Q：两种特殊消息的使用场景？

A： 遗嘱消息，多用于客户端间获取互相之间异常断线的消息通知；

保留消息，可保存 最近一条 广播通知，多用于公告栏信息的发布。

Eclipse Mosquitto ：MQTT协议的最小集实现

有 EMQ , HiveMQ , RabbitMQ MQTT Adapter 等。

Qos=2 消息保障的网络I/O次数过多，如果不是必需，尽少在程序里使用此类消息。

毕竟当初其设计的目的是为了减少设备的性能占用，但若应用场景并不是物联网，而是用于手机、电脑或浏览器端等现在已不缺性能的设备上，最好在报文体中，使用UUID生成全局唯一的消息ID，然后自行在业务解析中判断此报文是否被消费过。

或者，业务方在处理消息时保证其被消费的幂等性，也可消除重复消息对系统带来的影响。

正如MQTT协议并没有依赖TCP连接状态，自己在应用层协议上实现心跳报文来控制连接状态，业务方作为MQTT协议的使用者，也不要完全依赖协议的工作状态，而是依托MQTT协议建立属于业务本身的信息汇报机制，以加强系统的稳健性。

Retain Message 可视为客户端主动拉取的行为。如果业务系统采用 HTTP+MQTT 双协议描述业务过程，主动拉取的操作也可使用 HTTP 请求替代。

作为一个长连接型的应用，上线前需要根据业务量级，评估对操作系统 端口数 与 文件描述符 的占用要求，以防服务器资源被打满。

在服务端的配置文件和客户端的连接参数中，都拥有 max_inflight_messages 此项配置，来维护 Qos=1 or 2 消息是否被成功消费的状态。

MQTT 最初被设计为物联网级的通信协议，因此此参数的默认配额较小（大多数情况下被限制到10至20）。

但如果将MQTT协议应用至手机、PC或Web端的推送场景时，硬件性能已不在是瓶颈，在实际使用中推荐把此参数调大。

Mosquitto提供Bridge功能，需要我们自己配置。

Bridge 意为桥接，当我们把两台Broker桥接在一起时，只需要修改一台Broker的配置，填上另一台Broker的运行地址。前一台Broker将作为客户端发布与订阅后一台Broker的所有Topic，实现消息互通的目的。

桥接带来的问题有以下几点：

我的建议：

Websockets协议被设计的目的是为浏览器提供一个全双工的通信协议，方便实现消息推送功能。

在Websockets协议被设计出来前，受限于HTTP协议的一问一答模型，消息的推送只能靠轮询来实现，在资源消耗与时效性保障上，均难以达到令人满意的效果。

Websockets协议复用了HTTP协议的头部信息，告知浏览器接下来的操作将触发协议升级，然后通信双方继续复用HTTP的Header，但报文内容已转变为双方均接受的新协议的格式。

Websockets协议改进了网页浏览中的消息推送的方式，因此被广泛应用在聊天、支付通知等实时性要求比较高的场合下。

MQTT协议重点在于 消息队列的实现，其对消息投递的方式作出约定，并提供一些额外的通信保障 。

MQTT可采取原生的TCP实现，也有基于Websockets的实现版本。当然后者在网络字节的利用率上，不如前者那么精简。但浏览器端无法直接使用TCP协议，所以就只能基于Websockets协议开发。

不过基于Websockets的应用也有方便之处：一是证书不需要额外配置，直接与网站共用一套基础设施；二是可使用 Nginx 等工具管理流量，与普通HTTP流量可共用一套配置方法。

MQTT非常适合入门，原因如下：

实际的应用场景远比理想中的复杂，无法一招走遍天下，必须做好取舍。

MQTT协议在这方面做得很优秀，以后工作中可以作为参考，设计好自己负责的业务系统。

F. 关于mosquitto怎么用c语言实现消息的订阅和发送（mqtt）

1.目标：测试Mosquitto使用MQTT协议发消息的相关性能指标，包含发送速度，并发负载能力，资源占用，消息到达率。
2.MQTT协议简介：
1).建立长连接。客户端发起请求和服务端建立长连接，建立成功后，服务端会返回ACK(CONNACK)
2).客户端订阅：客户端发起订阅，订阅成功后，服务端会返回ACK(SUBACK)
3).发消息：发布者会给服务端发消息，服务端在把消息给合适的客户端。
Qos=0(服务质量)：客户端消息收到后，不会发出ACK给服务端(PUBACK)。
Qos =1:服务端会发ACK给发布者，客户端收到消息后会发ACK给服务端。
4).取消订阅：客户端发起取消订阅，服务端返回ACK(UNSUBACK)
5)Pingreq&Pingresp:客户端和服务端会保持心跳。
3.存在问题：
1. 如何模拟出40W的用户
2. 如何长连接，订阅，发消息，取消订阅，Pingreq行为如何实现。
4. python开源库 Mosquitto.py，解决所有问题
1. 模拟40W用户
a)可以使用虚拟机和Mosquitto.py实现，具体为：一般一台虚拟机最多是6W+的模拟数据（需要修改句柄数，我使用5W），方法是Client_id可以简单的做出5W个来，然后调用Mosquitto里面的connect方法，建立长连接。准备8台虚拟机就可以实现40W客户端的模拟
2.行为的模拟
a)订阅：Mosquitto.subscribe / 发消息：Mosquitto.publish / 取消订阅：Mosquitto.unsubscribe。 简单一句话 Mosquitto库实现所有的行为.
5. 指标：发送速度，到达率，并发负载，资源占用。
a. 发送速度：服务端日志记录，分析解决
b. 到达率： 1.客户端记录下收到消息，分析计算。2.计算服务端收到的PUBACK（客户端收到消息返回的ACK），进行计算
c. 并发负载：5W 用户不断增加，注意观察服务端的负载情况。
e.资源占用：其实主要是cpu/mem/带宽：cpu多核的话需要观察top命令下的_id字段, mem可以观察free -h命令的剩余mem, 带宽可以使用mpstat进行观察
6. 可以遇见问题：
a. 模拟客户端的虚拟机需要修改句柄数才能支持5W的客户端模拟数量
b. 要先吃透MQTT协议的流程，吃透了进行测试会非常的方便
c. Clear session，设置为true则不为客户端保留休息，设置为false保留消息。其实就是客户端离线后在连接上可以收到之前推出的消息。

G. 如何采用mqtt协议实现android消息推送

使用一个代理服务器message broker，客户端client连接上这个服务器，然后告诉服务器，可以接收哪些类型的消息，同时client也可以发布自己的消息，这些消息根据协议的内容，可以别的client获取。这样就实现了消息推送。
消息推送是通过一定的技术标准或协议，在互联网上通过定期传送用户需要的信息来减少信息过载的一项新技术。
如果想要使用消息推送，推荐使用深圳极光的消息推送系统。深圳极光是国内首个为移动应用开发者提供专业、高效的消息推送服务的产品。品牌成长的过程，就是与客户肩并肩迈向成功的过程。极光将以市场为导向，以创新为动力，以技术为支持，不断用心努力，为每一位尊贵的客户提供极致的服务。

H. 3. MQTT简要介绍

——

[1.MQTT项目工程](https://github.com/LiamBindle/MQTT-C)

[2.MQTT API说明文档](https://liambindle.ca/MQTT-C/group__api.html)

[3.MQTT协议中文版](https://mcxiaoke.gitbooks.io/mqtt-cn/content/mqtt/01-Introction.html)

MQTT是一个客户端服务端架构的发布/订阅模式的消息传输协议。它的设计思想是轻巧、开放、简单、规范，易于实现。这些特点使得它对很多场景来说都是很好的选择，特别是对于受限的环境如机器与机器的通信（M2M）以及物联网环境（IoT）。

MQTT协议通过交换预定义的MQTT控制报文来通信。

报文格式: 固定包头+可变包头+payload。

固定包头: 由两个字节组成

                byte1 高四位表示控制报文的类型，低四位表示控制报文类型的标志位。

                byte2表示剩余长度，包括可变报头和负载的数据。剩余长度不包括用于编码剩余长度字段本身的字节数。

可变包头：

                某些MQTT控制报文包含一个可变报头部分。它在固定报头和负载之间。可变报头的内容根据报文类型的不同而不同。可变报头的报文标（Packet Identifier）字段存在于在多个类型的报文里。

有效载荷：

                对于PUBLISH来说有效载荷就是应用消息。

——1. 网络建立连接后，客户端发送的第一个报文必须是CONNECT报文

——2. 客户端只能发送一次CONNECT 报文，发送两次会当作协议违规处理，并断开连接。

——3. 有效载荷包括：客户端唯一标识符，will主题，will消息，用户名和密码。

——4.可变包头：协议名（protocol name）+协议级别（protocol level）+连接标志（connect flags）+保持连接（keep alive）。

——5. 协议名： MQTT的UTF-8编码的字符串。(MSB+LSB +MQTT 六个字节)

——6. 协议级别：一个字节

——7. 连接标志：一个字节，包含一些用于指定MQTT连接行为的参数。同时还指出有效载荷中的字段是否存在。服务端必须验证CONNECT控制报文的保留标志位（第0位）是否为0，如果不为0必须断开客户端连接。

——8. 清理会话：byte8 的bit1位标志。

        这个二进制位指定了会话状态的处理方式。客户端和服务端可以保存会话状态，以支持跨网络连接的可靠消息传输。这个标志位用于控

       制会话状态的生存时间。

        标志设置为0：服务端必须基于当前会话（使用客户端标识符识别）的状态恢复与客户端的通信。

        标志设置为1：客户端和服务端必须丢弃之前的任何会话并开始一个新的会话。会话仅持续和网络连接同样长的时间。

——9. 遗嘱标志 WILL FLAG: byte8的bit2位标志。

        遗嘱标志（Will Flag）被设置为1，表示如果连接请求被接受了，遗嘱（Will Message）消息必须被存储在服务端并且与这个网络连接关联。之后网络连接关闭时，服务端必须发布这个遗嘱消息，除非服务端收到DISCONNECT报文时删除了这个遗嘱消息。

服务端发送CONNACK报文响应从客户端收到的CONNECT报文。服务端发送给客户端的第一个报文必须是CONNACK。

如果客户端在合理的时间内没有收到服务端的CONNACK报文，客户端应该关闭网络连接。合理 的时间取决于应用的类型和通信基础设施。

CONNACK报文没有有效载荷。

PUBLISH控制报文是指从客户端向服务端或者服务端向客户端传输一个应用消息。

固定包头：

注意byte1的bit3为重发标志DUP。

如果DUP标志被设置为0，表示这是客户端或服务端第一次请求发送这个PUBLISH报文。如果DUP标志被设置为1，表示这可能是一个早前报文请求的重发。

服务端发送PUBLISH报文给订阅者时，收到（入站）的PUBLISH报文的DUP标志的值不会被传播。发送（出站）的PUBLISH报文与收到（入站）的PUBLISH报文中的DUP标志是独立设置的，它的值必须单独的根据发送（出站）的PUBLISH报文是否是一个重发来确定。

可变包头：

主题名 :topic name

报文标识符 ：packet identitfier。

有效载荷 ：有效载荷包含将被发布的应用消息。数据的内容和格式是应用特定的。有效载荷的长度这样计算：用固定报头中的剩余长度字段的值减去可变报头的长度。包含零长度有效载荷的PUBLISH报文是合法的。

响应：PUBLISH报文的接收者必须按照根据PUBLISH报文中的QoS等级发送响应。

PUBACK报文是对QoS 1等级的PUBLISH报文的响应。

PUBACK报文没有有效载荷。

PUBREC报文是对QoS等级2的PUBLISH报文的响应。它是QoS 2等级协议交换的第二个报文。

PUBREC报文没有有效载荷。

PUBREL报文是对PUBREC报文的响应。它是QoS 2等级协议交换的第三个报文。

PUBREL报文没有有效载荷。

PUBCOMP报文是对PUBREL报文的响应。它是QoS 2等级协议交换的第四个也是最后一个报文。

PUBCOMP报文没有有效载荷。

客户端向服务端发送 SUBSCRIBE 报文用于创建一个或多个订阅。每个订阅注册客户端关心的一个或多个主题。为了将应用消息转发给与那些订阅匹配的主题，服务端发送PUBLISH报文给客户端。SUBSCRIBE报文也（为每个订阅）指定了最大的QoS等级，服务端根据这个发送应用消息给客户端。

有效载荷：

SUBSCRIBE报文的有效载荷包含了一个主题过滤器列表，它们表示客户端想要订阅的主题。SUBSCRIBE报文的有效载荷必须包含至少一对主题过滤器 和 QoS等级字段组合。没有有效载荷的SUBSCRIBE报文是违反协议的。

响应：

服务端收到客户端发送的一个SUBSCRIBE报文时，必须使用SUBACK报文响应，SUBACK报文必须和等待确认的SUBSCRIBE报文有相同的报文标识符。

服务端发送SUBACK报文给客户端，用于确认它已收到并且正在处理SUBSCRIBE报文。SUBACK报文包含一个返回码清单，它们指定了SUBSCRIBE请求的每个订阅被授予的最大QoS等级。

有效载荷：

有效载荷包含一个返回码清单。每个返回码对应等待确认的SUBSCRIBE报文中的一个主题过滤器。返回码的顺序必须和SUBSCRIBE报文中主题过滤器的顺序相同。

客户端发送UNSUBSCRIBE报文给服务端，用于取消订阅主题。

有效载荷 ：

UNSUBSCRIBE报文的有效载荷包含客户端想要取消订阅的主题过滤器列表。

UNSUBSCRIBE报文中的主题过滤器必须是连续打包的、按照定义的UTF-8编码字符串 

UNSUBSCRIBE报文的有效载荷必须至少包含一个消息过滤器。没有有效载荷的UNSUBSCRIBE报文是违反协议的。

响应：

UNSUBSCRIBE报文提供的主题过滤器（无论是否包含通配符）必须与服务端持有的这个客 户端的当前主题过滤器集合逐个字符比较。如果有任何过滤器完全匹配，那么它（服务端）自己的订阅将被删除，否则不会有进一步的处理。

如果服务端删除了一个订阅：

——它必须停止分发任何新消息给这个客户端 []。

——它必须完成分发任何已经开始往客户端发送的QoS 1和QoS 2的消息 []。

——它可以继续发送任何现存的准备分发给客户端的缓存消息。

            服务端必须发送UNSUBACK报文响应客户端的UNSUBSCRIBE请求。UNSUBACK报文必须包含和UNSUBSCRIBE报文相同的报文标识符 。即使没有删除任何主题订阅，服务端也必须发送一个UNSUBACK响应 。

            如果服务端收到包含多个主题过滤器的UNSUBSCRIBE报文，它必须如同收到了一系列的多个UNSUBSCRIBE报文一样处理那个报文，除了将它们的响应合并到一个单独的UNSUBACK报文外。 

服务端发送UNSUBACK报文给客户端用于确认收到UNSUBSCRIBE报文。

UNSUBACK报文没有有效载荷。

客户端发送PINGREQ报文给服务端的。用于：

1. 在没有任何其它控制报文从客户端发给服务的时，告知服务端客户端还活着。

2. 请求服务端发送 响应确认它还活着。

3. 使用网络以确认网络连接没有断开。

保持连接（Keep Alive）处理中用到这个报文。

——PINGREQ报文没有可变报头。

——PINGREQ报文没有有效载荷。

响应：

服务端必须发送 PINGRESP报文响应客户端的PINGREQ报文。

服务端发送PINGRESP报文响应客户端的PINGREQ报文。表示服务端还活着。

保持连接（Keep Alive）处理中用到这个报文。

PINGRESP报文没有可变报头。

PINGRESP报文没有有效载荷。

DISCONNECT报文是客户端发给服务端的最后一个控制报文。表示客户端正常断开连接。

DISCONNECT报文没有可变报头。

DISCONNECT报文没有有效载荷。

响应：

客户端发送DISCONNECT报文之后：

—— 必须关闭网络连接 [MQTT-3.14.4-1]。

——不能通过那个网络连接再发送任何控制报文。

服务端在收到DISCONNECT报文时：

——必须丢弃任何与当前连接关联的未发布的遗嘱消息。

——应该关闭网络连接，如果客户端 还没有这么做。

为了提供服务质量保证，客户端和服务端有必要存储会话状态。在整个会话期间，客户端和服务端都必须存储会话状态 。会话必须至少持续和它的活跃网络连接同样长的时间。服务端的保留消息不是会话状态的组成部分。服务端应该保留那种消息直到客户端删除它。

MQTT协议要求基础传输层能够提供有序的、可靠的、双向传输（从客户端到服务端 和从服务端到客户端）的字节流。

无连接的网络传输协议如UDP是不支持的，因为他们可能会丢失数据包或对数据包重排序。

MQTT按照这里定义的服务质量 (QoS) 等级分发应用消息。分发协议是对称的，在下面的描述中，客户端和服务端既可以是发送者也可以是接收者。分发协议关注的是从单个发送者到单个接收者的应用消息。服务端分发应用消息给多个客户端时，每个客户端独立处理。分发给客户端的出站应用消息和入站应用消息的QoS等级可能是不同的。

qos0：最多分发一次

qos1：至少分发一次

qos2：仅分发一次

客户端设置清理会话（CleanSession）标志为0重连时，客户端和服务端必须使用原始的报文标识符重发任何未确认的PUBLISH报文（如果QoS>0）和PUBREL报文 [MQTT-4.4.0-1]。这是唯一要求客户端或服务端重发消息的情况。

服务端接管入站应用消息的所有权时，它必须将消息添加到订阅匹配的客户端的会话状态。正常情况下，客户端收到发送给它的订阅的消息。客户端也可能收到不是与它的订阅精确匹配的消息。如果服务端自动给客户端分配了一个订阅，可能发生这种情况。正在处理UBSUBSCRIBE请求时也可能收到消息。客户端必须按照可用的服务质量（QoS）规则确认它收到的任何PUBLISH报文，不管它选择是否处理报文包含的应用消息 。

实现本章定义的协议流程时，客户端必须遵循下列规则：

重发任何之前的PUBLISH报文时，必须按原始PUBLISH报文的发送顺序重发（适用于QoS 1和QoS 2消息）[MQTT-4.6.0-1]。

——必须按照对应的PUBLISH报文的顺序发送PUBACK报文（QoS 1消息）。

——必须按照对应的PUBLISH报文的顺序发送PUBREC报文（QoS 2消息。

——必须按照对应的PUBREC报文的顺序发送PUBREL报文（QoS 2消息）。

服务端必须默认认为每个主题都是有序的。它可以提供一个管理功能或其它机制，以允许将一个或多个主题当作是无序的 。

服务端处理发送给有序主题的消息时，必须按照上面的规则将消息分发给每个订阅者。此外，它必须按照从客户端收到的顺序发送PUBLISH报文给消费者（对相同的主题和QoS）。

斜杠（‘/’ U+002F）用于分割主题的每个层级，为主题名提供一个分层结构.

数字标志（‘#’ U+0023）是用于匹配主题中任意层级的通配符。

加号 (‘+’ U+002B) 是只能用于单个主题层级匹配的通配符。

服务端不能将 $ 字符开头的主题名匹配通配符 (#或+) 开头的主题过滤器.

$SYS/ 被广泛用作包含服务器特定信息或控制接口的主题的前缀。

应用不能使用 $ 字符开头的主题。

订阅 “#” 的客户端不会收到任何发布到以 “$” 开头主题的消息。

订阅 “+/monitor/Clients” 的客户端不会收到任何发布到 “$SYS/monitor/Clients” 的消息。

订阅 “$SYS/#” 的客户端会收到发布到以 “$SYS/” 开头主题的消息。

订阅 “$SYS/monitor/+” 的客户端会收到发布到 “$SYS/monitor/Clients” 主题的消息。

如果客户端想同时接受以 “$SYS/” 开头主题的消息和不以 $ 开头主题的消息，它需要同

时订阅 “#” 和 ““$SYS/#”。

除非另有说明，如果服务端或客户端遇到了协议违规的行为，它必须关闭传输这个协议违规控制报文的网络连接.

MQTT方案通常部署在不安全的通信环境中。在这种情况下，协议实现通常需要提供这些机制：

——用户和设备身份认证

——服务端资源访问授权

——MQTT控制报文和内嵌应用数据的完整性校验

——MQTT控制报文和内嵌应用数据的隐私控制

作为传输层协议，MQTT仅关注消息传输，提供合适的安全功能是实现者的责任。使用TLS[RFC5246] 是比较普遍的选择。

广泛采用高级加密标准 [AES] 数据加密标准 [DES] 。

推荐使用为受限的低端设备特别优化过的轻量级加密国际标准 ISO 29192 [ISO29192] 。

如果MQTT在WebSocket [RFC6455] 连接上传输，必须满足下面的条件：

——MQTT控制报文必须使用WebSocket二进制数据帧发送。如果收到任何其它类型的数据帧，接收者必须关闭网络连接 。

——单个WebSocket数据帧可以包含多个或者部分MQTT报文。接收者不能假设MQTT控制报文按WebSocket帧边界对齐 。

——客户端必须将字符串 mqtt 包含在它提供的WebSocket子协议列表里 。

——服务端选择和返回的WebSocket子协议名必须是  。

——用于连接客户端和服务器的WebSocket URI对MQTT协议没有任何影响。

MQTT规范定义了MQTT客户端实现和MQTT服务端实现的一致性要求

MQTT实现可以同时是MQTT客户端和MQTT服务端。接受入站连接和建立到其它服务端的出站连接的服务端必须同时符合MQTT客户端和MQTT服务端的要求 。

为了与任何其它的一致性实现交互操作，一致性实现不能要求使用在本规范之外定义的任何扩展 。

附录：

控制报文类型

byte1：标志位flags：

I. Mqtt介绍一

MQTT ( 消息队列遥测传输 )是ISO 标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在 TCP/IP协议族 上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议，为此，它需要一个 消息中间件 。

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

MQTT协议是为大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份： 发布者（Publish） 、 代理（Broker） （服务器） 、订阅者（Subscribe） 。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。

MQTT传输的消息分为： 主题（Topic）和负载（payload） 两部分：

MQTT服务器以称为"消息代理"（Broker），可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间，它可以：

在MQTT协议中，一个MQTT数据包由： 固定头（Fixed header）、可变头（Variable header）、消息体（payload） 三部分构成。MQTT数据包结构如下：

（1） 固定头（Fixed header） 。存在于所有MQTT数据包中，表示数据包类型及数据包的分组类标识。
（2） 可变头（Variable header） 。存在于部分MQTT数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容。
（3） 消息体（Payload） 。存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到的具体内容。

固定头存在于所有MQTT数据包中，其结构如下：

相于一个4位的无符号值，类型、取值及描述如下

在不使用标识位的消息类型中，标识位被作为保留位。如果收到无效的标志时，接收端必须关闭网络连接：

Payload消息体位MQTT数据包的第三部分，包含CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四种类型的消息：