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MQTT协议详解--消息传输协议  

2016-04-08 15:30:43|  分类: 开发软件 |  标签: |举报 |字号 订阅

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址:http://public.dhe.ibm.com/software/dw/webservices/ws-mqtt/mqtt-v3r1.html

MQTT轻量级基于代理的发布/订阅的消息传输协议,它可以通过很少的代码和带宽和远程设备连接。例如通过卫星和代理连接,通过拨号和医疗保健提供者连接,以及在一些自动化或小型设备上,而且由于小巧,省电,协议开销小和能高效的向一和多个接收者传递信息,故同样适用于称动应用设备上。

相信在想深入学习这协议必是奔着解决某个问题而来的,上面给出了适用的场景,我之所以想深入的学习和了解这个协议,理由如下:

1、可以实现手机消息推送(PUSH)

2、协议简单,最小的头部只需2个字节,特别适合于嵌入式中。

3、这是个了解什么是协议绝好的例子。相比于其它复杂的协议例如tcp,http协议,至少说明文档看的下去。

在这里,我以推送为例子说明,虽然现在现成的推送解决方案已经比较成熟,但是这个Repeat ReInvent the Whell还是要做一下,什么都是拿来主义,和搬运工有什么区别。

一、需要的环境:

1、PHP+Apache或Nginx

2、安装开源代理程序Mosquitto,这里用其做为代理服务器,负责连接和分发。

安装方法很简单,http://mosquitto.org/files/   binary是编译好的,source是源码安装需要的(make & make install 就行)

唯 一要配置的就是在解压后的config.mk,安装完后设置文件是mosquitto.conf

当然主要是设置是否支持ssl,还有就是config.mk最下面的安装位置的设定。这里一切默认。

默认启动是绑定的IP是本地IP,端口是1883可以在mosquitto.conf里设置(要去掉前面的#字注释),linux 中 -c 可以指定设置文件并运行

比 如: mosquitto -c /etc/mosquitto.conf

二、协议初解

先说一下整个协议的构造,整体上协议可拆分为:

                    固定头部+可变头部+消息体

协议说白了就是对于双方通信的一个约定,比如传过来一段字符流,第1个字节表示什么,第2个字节表示什么。。。。一个约定。

所以在固定头部的构造如下:

1、MessageType(0和15保留,共占4个字节)

public $operations=array(
         "MQTT_CONNECT"=>1,//请求连接
         "MQTT_CONNACK"=>2,//请求应答
         "MQTT_PUBLISH"=>3,//发布消息
         "MQTT_PUBACK"=>4,//发布应答
         "MQTT_PUBREC"=>5,//发布已接收,保证传递1
         "MQTT_PUBREL"=>6,//发布释放,保证传递2
         "MQTT_PUBCOMP"=>7,//发布完成,保证传递3
         "MQTT_SUBSCRIBE"=>8,//订阅请求
         "MQTT_SUBACK"=>9,//订阅应答
         "MQTT_UNSUBSCRIBE"=>10,//取消订阅
         "MQTT_UNSUBACK"=>11,//取消订阅应答
         "MQTT_PINGREQ"=>12,//ping请求
         "MQTT_PINGRESP"=>13,//ping响应
         "MQTT_DISCONNECT"=>14//断开连接
        ); 

2、DUP flag

 其是用来在保证消息传输可靠的,如果设置为1,则在下面的变长头部里多加MessageId,并需要回复确认,保证消息传输完成,但不能用于检测消息重复发送。

3、Qos

主要用于PUBLISH(发布态)消息的,保证消息传递的次数。

00表示最多一次 即<=1

01表示至少一次  即>=1

10表示一次,即==1

11保留后用

4、Retain

 主要用于PUBLISH(发布态)的消息,表示服务器要保留这次推送的信息,如果有新的订阅者出现,就把这消息推送给它。如果不设那么推送至当前订阅的就释放了。

5、固定头部的byte 2

是用来保存接下去的变长头部+消息体的总大小的。

但是不是并不是直接保存的,同样也是可以扩展的,其机制是,前7位用于保存长度,后一部用做标识。

我举个例了,即如果计算出后面的大小为0<length<=127的,正常保存

如果是127<length<16383的,则需要二个字节保存了,将第一个字节的最大的一位置1,表示未完。然后第二个字节继续存。

拿130来说,第一个字节存10000011,第二个字节存000000001,也就是0x83,0x01,把两个字节连起来看,第二个字节权重从2的8次开始。

同起可以加第3个字节,最多可以加至第4个字节。故MQTT协议最多可以实现268 435 455 (0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x7F)将近256M的数据。可谓能伸能缩。

 可变头部

这个是可变头部的全貌。

1、首先最上面的8个字节是Protocol Name(编码名),UTF编码的字符“MQIsdp”,头两个是编码名提长为6。

这里多说一些,接下去的协议多采用这种方式组合,即头两个字节表示下一部分的长,然后后面跟上内容。这里头两个字节长为6,下面跟6个字符“MQIsdp”。

2、Protocol Version,协议版本号,v3 也是固定的。

3、Connect Flag,连接标识,有点像固定头部的。8位分别代表不同的标志。第1个字节保留。

Clean Session,Will flag,Will Qos, Will Retain都是相对于CONNECT消息来说的。

Clean Session:0表示如果订阅的客户机断线了,那么要保存其要推送的消息,如果其重新连接时,则将这些消息推送。

                            1表示消除,表示客户机是第一次连接,消息所以以前的连接信息。

Will Flag表示如果客户机在不是在发送DISCONNECT消息中断,比如IO错误等,将些置为1,要求重传。并且下且的WillQos和WillRetain也要设置,消息体中的Topic和MessageID也要设置,就是表示发生了错误,要重传。

Will Qos,在CONNECT非正常情况下设置,一般如果标识了WillFlag,那么这个位置也要标识。

Will RETAIN:同样在CONNECT中,如果标识了WillFlag,那么些位也一定要标识

usename flag和passwordflag,用来标识是否在消息体中传递用户和密码,只有标识了,消息体中的用户名和密码才用效,只标记密码而不标记用户名是不合法的。

4、Keep Alive,表示响应时间,如果这个时间内,连接或发送操作未完成,则断开tcp连接,表示离线。

5、Connect Return Code即通常于CONNACK消息中,表示返回的连接情况,我可以通过此检验连接情况。

6、Topic Name,订阅消息标识,MQTT是基于订阅/发布的消息,那么这个就是消息订阅的标识,像新闻客户端里的订阅不同的栏目一样。用于区别消息的推送类别。

主要用于PUBLISH和SUBSCRIBE中。最大可支持32767个字符,即4个字节。

消息体(PayLoad)

只有3种消息有消息体CONNECT,SUBSCRIBE,SUBACK

CONNECT主要是客户机的ClientID,订阅的Topic和Message以及用户名和密码,其于变长头部中的will是对应的。

SUBSCRIBE是包含了一系列的要订阅的主题以及QOS。

SUBACK是用服务器对于SUBSCRIBE所申请的主题及QOS进行确认和回复。

PUBLISH是消息体中则保存推送的消息,以二进制形式,当然这里的编辑可自定义。

7、Message Identifier

包含于PUBLISH, PUBACK, PUBREC, PUBREL, PUBCOMP, SUBSCRIBE, SUBACK, UNSUBSCRIBE, UNSUBACK.

其为16位字符表示,用于在Qos为1或2时标识Message的,保证Message传输的可靠性。

至于具体的消息例子,我们在后面的代码中慢慢体现。

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