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MQTT基础——Part 1. 认识MQTT

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共计 2612 个字符,预计需要花费 7 分钟才能阅读完成。

本文是《MQTT 基础》系列文章的第一部分,这个系列会详述 MQTT 协议的方方面面,包括 MQTT 协议的核心功能和概念,以及协议的一些基本信息和背景。

我不仅会探讨 MQTT 协议本身,还会介绍 MQTT 的安全或客户端库。因此,如果你对 MQTT 感兴趣,那么请订阅我的博客。

MQTT 是一个开放协议,我会介绍 MQTT 的基本概念(发布 / 订阅、客户端 / 经纪人)和基本功能(连接、发布 / 订阅)。随后,你需要逐一了解 MQTT 的特性,比如服务质量 QoS、消息的保存、持续的会话、最后遗嘱以及 SYS 主题。MQTT 安全没有放入《MQTT 基础》这个系列,因为它非常重要,所以单独阐述。
使用 Last Will 和 Testament 特性通知有关各个客户端异常中断的机制。

一、介绍 MQTT

MQTT 是一个支持客户端 - 服务器的发布 / 订阅消息传输的标准通信协议。MQTT 是轻量级的、开放的、简单的、在设计上是易于实现的。这些特性使得 MQTT 非常适合于许多场景,包括受限的环境,比如 M2M 的通信和物联网 IoT 通信,只需一点点计算资源和一点网络带宽就可以实现。

引用官方 MQTT3.1.1 规范的描述:
MQTT 规范中的摘要说的很好,描述了 MQTT 是怎么一回事。它是轻量级的、二进制的通信协议,在传输数据方面优于 HTTP 协议,因为它有最小的数据包开销。另一个重要的方面是,MQTT 极其容易在客户端实现。这完全满足资源受限的设备的需求。事实上,这也是 MQTT 发明的目标之一。

二、MQTT 的历史

MQTT 是 IBM 公司的安迪·斯坦福·克拉克和 Arcom 公司的阿伦·尼珀于 1999 年创建的协议,其目标是创建一个支持低电量、低带宽消耗的通信协议,主要用于通过卫星通信连接石油管道。他们指定了以下的目标:

1)简单、易实现
2)提供了数据交付 QoS
3)轻量级、高效的带宽利用
4)数据不可知
5)连续的会话感知

这些目标到目前仍然是 MQTT 的核心,但是 MQTT 的焦点已经从专有的嵌入式系统转移到了物联网 IoT。另一个比较困惑的是 MQTT 术语的缩写,原先是 Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输,现在则没有缩写的说法,MQTT 就是 MQTT。其次,MQTT 不是消息队列相关的协议,也不是消息队列的解决方案,尽管它在某些场景下也需要消息队列,但一定要认清这一点。IBM 在内部使用 MQTT 很久,在 2010 年终于对外免费开放,任何人都可以实现它、使用它。

三、OASIS 标准和 MQTT 当前版本

MQTT 大约发布 3 年后,IBM 宣布 MQTT 应该被 OASIS 标准化,就像 AMQP、SAML、DocBook 标准化那样。整个标准化历时约 1 年,在 2014 年 10 月 29 日 MQTT 正式成为 OASIS 的官方标准,发布了最新的 MQTT 协议标准 3.1.1 版。MQTT 从 3.1 版到 3.1.1 版只是小版本的迭代,变化极小。总的来说,MQTT 3.1.1 是对 3.1 规范进行了改善,澄清了模糊之处,并尽可能使之向后兼容。而且一些最需要的新功能也包含进这个版本,所以 3.1.1 版不仅是维护版本。

四、MQTT 3.1 和 3.1.1 版的区别

在 3.1.1 版中,主要的改变有 6 个:

1)Session Present Flag

如果客户端使用持久会话进行连接(这意味着客户端不使用干净的会话),那么在 CONNACK 消息会引入一个额外的标志,以指示该 Broker 代理已经有了与客户端早先的会话信息(比如客户端订阅信息、队列消息活其他信息)。这是一个重要的新功能,它可以实现更高效的通信。现在,客户端得到反馈,如果 Broker 经纪人已经有了客户端的订阅,如果标志设置为 false,那么客户端只需订阅新主题。

2)失败订阅的附加错误码

在 MQTT 3.1.1 之前,客户端要查询自己的订阅是否被 Broker 经纪人批准,这是不可能的。这种情况在采用细粒度权限的 MQTT 主题管理时就可能出现。在 3.1.1 版新规范中,在 MQTT SUBACK 消息中新增了一个错误码 0x80,让​​客户端知道自己的订阅是否被禁止。

3)匿名 MQTT 客户端

如果使用场景需要临时的或匿名的 MQTT 客户端,在 3.1.1 版得到支持,可以设置 MQTT 客户端标识符为零字节长度。那么 MQTT 的 Broker 会自动分配给客户端一个临时的随机标识符。这一个特性非常有用,尤其是当客户端只需做发布、不需要订阅的情况,此时客户端无需做基于客户端 ID 的授权。

4)即时发布或不等待响应的突发 MQTT 消息

3.1.1 版为 MQTT 客户端设计了一个非常有趣的新功能,那就是客户端可以直接发送 MQTT PUBLISH 消息而无需等待 Broker 的 CONNACK 响应。这非常适用于微型、受限的 MQTT 客户端做连接 CONNECT、发布 PUBLISH、断开 DISCONNECT,而不需要处理来自 Broker 的响应的情况。这也适用于只关心尽可能发送数据而不维持长时间 TCP 连接的处于突发模式的客户端。当然,成熟的 Broker 在检查客户端是否被允许发布到这些主题之前,是不会发布消息的。

5)客户端 ID 可以很长

在 MQTT 3.1 版,每个客户 ID 不能超过 23 字节,这一点非常不方便,并能导致许多麻烦,例如客户端标识符要使用 UUID 的场景。在 3.1.1 版,Broker 可以使用 65535 字节的客户端 ID。

6)其他低级别的更改

  • 在 CONNECT 的 Header 报头中,协议名从 MQIsdp 改为 MQTT。这节省了两字节的开销,并使得协议名称更易读。
  • 所有的字符串编码现在统一为 UTF-8。
  • 协议级字节从 3 字节增加到 4 字节。
  • 在 WebSockets 上的 MQTT 通信(MQTT over WebSockets)现在终于确定。在 IANA 的标识符是 mqtt。

注:IANA(The Internet Assigned Numbers Authority,互联网数字分配机构)是负责协调一些使 Internet 正常运作的机构。由于 Internet 已经成为一个全球范围的不受集权控制的网络,为了使网络在全球范围内协调一致,有对互联网一些关键的部分达成技术共识的需要,这就是 IANA 的任务。
推荐使用 MQTT 3.1.1。

MQTT 基础——Part 2. 发布 / 订阅模式  http://www.linuxidc.com/Linux/2016-10/136404.htm

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正文完
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星锅
版权声明:本站原创文章,由 星锅 于2022-01-21发表,共计2612字。
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