【转载】【MQTT学习】lesson1.基础概念

在这一课中，让我们来学习 MQTT 协议的基本概念和术语，同时也会介绍一下本课程中代码的开发环境搭建。本节课核心内容包括：

• MQTT 协议的通信模型

• MQTT Client

• MQTT Broker

• MQTT 协议数据包

1.1 MQTT 协议的通信模型

就像我们在之前提到的，MQTT 的通信是通过发布/订阅的方式来实现的，消息的发布方和订阅方通过这种方式来进行解耦，它们没有直接地连接，它们需要一个中间方。在 MQTT 里面我们称之为 Broker，用来进行消息的存储和转发。一次典型的 MQTT 消息通信流程如下所示：

1. 发布方将消息发送到 Broker；

2. Broker 接收到消息以后，检查下都有哪些订阅方订阅了此类消息，然后将消息发送到这些订阅方；

3. 订阅方从 Broker 获取该消息。

在之后的课程里面，我们将发送方称为 Publisher，将订阅方称为 Subscriber。

1.2 MQTT Client

任何终端，嵌入式设备也好，服务器也好，只要运行了 MQTT 的库或者代码，我们都称为 MQTT 的 Client。Publisher 和 Subscriber 都属于 Client，Pushlisher 或者 Subscriber 只取决于该 Client 当前的状态——是在发布还是在订阅消息。当然，一个 Client 可以同时是 Publisher 和 Subscriber。

MQTT Client 库在很多语言中都有实现，包括 Android、Arduino、Ruby、C、C++、C#、Go、iOS、Java、JavaScript，以及 .NET 等。如果你要查看相应语言的库实现，可以在这里找到。

本课程中，我们主要使用 Node.js 的 MQTT Client 库来进行演示，所以需要先安装 Node.js，然后安装 MQTT Client 的 Node.js 包：

npm install mqtt -g

1.3 MQTT Broker

如前面所讲的，Broker 负责接收 Publisher 的消息，并发送给相应的 Subscriber，它是整个 MQTT 订阅/发布的核心。在实际应用中，一个 MQTT Broker 还应该提供以下一些功能：

• 可以横向扩展，比如集群，来满足大量的 Client 接入；

• 可以扩展接入业务系统；

• 易于监控，满足高可用性。

我们在导读里面提到的阿里云、腾讯云、青云之类的云服务商提供的 MQTT 服务，其实就可以理解为他们提供了满足上述要求的 MQTT Broker。

在本课程中，我们使用一个公共的 MQTT Broker —— iot.eclipse.org 做演示，同时也会学习如何搭建一个 MQTT Broker。

1.4 MQTT 协议数据包

MQTT 协议的数据包格式非常简单，一个 MQTT 协议数据包由下面三个部分组成：

• 固定头（Fixed header）：存在于所有的 MQTT 数据包中，用于表示数据包类型及对应标识，表明数据包大小；

• 可变头（Variable header）：存在于部分类型的 MQTT 数据包中，具体内容由相应类型的数据包决定；

• 消息体（Payload）：存在于部分 MQTT 数据包中，存储消息的具体数据。

接下来看一下固定头的格式，可变头和消息体我们将在讲解各种具体类型的 MQTT 协议数据包的时候 case by case 地讨论。

固定头格式：

固定头的第一个字节的高 4 位 bit 用于指定该数据包的类型，MQTT 的数据包有以下一些类型：

固定头的低 4 位 bit 用于指定数据包的 Flag，不同的数据包类型，其 Flag 的定义是不一样的，每种数据包对应的 Flag 如下：

注意：DUP、QOS、RETAIN 标识的使用将在后续的课程中详细讲解。

从固定头的第 2 字节开始是用于标识 MQTT 数据包长度的字段，最少一个字节，最大四个字节，每一个字节的低 7 位用于标识值，范围为 0~127。最高位的 1 位是标识位，用来说明是否有后续字节来标识长度。例如：标识为 0，代表为没有后续字节；标识为 1，代表后续还有一个字节用于标识包长度。MQTT 协议规定最多可以用四个字节来标识包长度。

所以这四个字节最多可以标识的包长度为：(0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x7F) = 268435455 字节，约 256M，这个是 MQTT 协议中数据包的最大长度。

注意：Remain Length 的值不包含固定头的大小，包括第 1 字节和 Remain Length 字段。

1.5 小结

我们在这一课中学习了 MQTT 的通信模型，以及 Client 和 Broker 的概念，同时也学习了 MQTT 数据包的格式。接下来我们开始收发数据的第一步：从 Client 连接到 Broker。

原文：https://blog.csdn.net/qq997758497/article/details/90399834