MQTT协议--MQTT协议解析

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-10-24 02:03 322阅读 0赞

协议就是通信双方的一个约定，即，表示第1位传输的什么、第2位传输的什么……。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**

*  `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
 *  `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
 *  `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

## 1、`MQTT`固定头 ##

`固定头`存在于所有`MQTT`数据包中，其结构如下：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>Bit</th> 
   <th>7</th> 
   <th>6</th> 
   <th>5</th> 
   <th>4</th> 
   <th>3</th> 
   <th>2</th> 
   <th>1</th> 
   <th>0</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>byte 1</td> 
   <td colspan="4"><code>MQTT</code>数据包类型</td> 
   <td colspan="4">不同类型<code>MQTT</code>数据包的具体标识</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>byte 2…</td> 
   <td colspan="8">剩余长度</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 1.1 `MQTT`数据包类型 ###

**位置：**byte 1, bits 7-4。

相于一个4位的无符号值，类型如下：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>名称</th> 
   <th>值</th> 
   <th>流方向</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Reserved</td> 
   <td>0</td> 
   <td>不可用</td> 
   <td>保留位</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CONNECT</td> 
   <td>1</td> 
   <td>客户端到服务器</td> 
   <td>客户端请求连接到服务器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CONNACK</td> 
   <td>2</td> 
   <td>服务器到客户端</td> 
   <td>连接确认</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PUBLISH</td> 
   <td>3</td> 
   <td>双向</td> 
   <td>发布消息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PUBACK</td> 
   <td>4</td> 
   <td>双向</td> 
   <td>发布确认</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PUBREC</td> 
   <td>5</td> 
   <td>双向</td> 
   <td>发布收到（保证第1部分到达）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PUBREL</td> 
   <td>6</td> 
   <td>双赂</td> 
   <td>发布释放（保证第2部分到达）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PUBCOMP</td> 
   <td>7</td> 
   <td>双向</td> 
   <td>发布完成（保证第3部分到达）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SUBSCRIBE</td> 
   <td>8</td> 
   <td>客户端到服务器</td> 
   <td>客户端请求订阅</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SUBACK</td> 
   <td>9</td> 
   <td>服务器到客户端</td> 
   <td>订阅确认</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>UNSUBSCRIBE</td> 
   <td>10</td> 
   <td>客户端到服务器</td> 
   <td>请求取消订阅</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>UNSUBACK</td> 
   <td>11</td> 
   <td>服务器到客户端</td> 
   <td>取消订阅确认</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PINGREQ</td> 
   <td>12</td> 
   <td>客户端到服务器</td> 
   <td>PING请求</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PINGRESP</td> 
   <td>13</td> 
   <td>服务器到客户端</td> 
   <td>PING应答</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DISCONNECT</td> 
   <td>14</td> 
   <td>客户端到服务器</td> 
   <td>中断连接</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Reserved</td> 
   <td>15</td> 
   <td>不可用</td> 
   <td>保留位</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 1.2 标识位 ###

**位置：**byte 1, bits 3-0。

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

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>数据包</th> 
   <th>标识位</th> 
   <th>Bit 3</th> 
   <th>Bit 2</th> 
   <th>Bit 1</th> 
   <th>Bit 0</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CONNECT</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CONNACK</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PUBLISH</td> 
   <td>MQTT 3.1.1使用</td> 
   <td>DUP1</td> 
   <td>QoS2</td> 
   <td>QoS2</td> 
   <td>RETAIN3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PUBACK</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PUBREC</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PUBREL</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PUBCOMP</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SUBSCRIBE</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SUBACK</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>UNSUBSCRIBE</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>UNSUBACK</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PINGREQ</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PINGRESP</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DISCONNECT</td> 
   <td>保留位</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  `DUP`：发布消息的副本。用来在保证消息的可靠传输，如果设置为 1，则在下面的变长中增加MessageId，并且需要回复确认，以保证消息传输完成，但不能用于检测消息重复发送。
 *  `QoS`：发布消息的服务质量，即：保证消息传递的次数
    
     *  `00`：最多一次，即：<=1
     *  `01`：至少一次，即：>=1
     *  `10`：一次，即：=1
     *  `11`：预留
 *  `RETAIN`： 发布保留标识，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，如果设有那么推送至当前订阅者后释放。

### 1.3 剩余长度（Remaining Length） ###

**位置：**byte 1。

固定头的第二字节用来保存变长头部和消息体的总大小的，但不是直接保存的。这一字节是可以扩展，其保存机制，前7位用于保存长度，后一部用做标识。当最后一位为 1时，表示长度不足，需要使用二个字节继续保存。 例如：计算出后面的大小为0

## 2、`MQTT`可变头 ##

`MQTT`数据包中包含一个可变头，它驻位于固定的头和负载之间。可变头的内容因数据包类型而不同，较常的应用是做为包的标识：

很多类型数据包中都包括一个2字节的数据包标识字段，这些类型的包有：PUBLISH (QoS > 0)、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK

## 3、`Payload`消息体 ##

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

*  `CONNECT`，消息体内容主要是：客户端的ClientID、订阅的Topic、Message以及用户名和密码。
 *  `SUBSCRIBE`，消息体内容是一系列的要订阅的主题以及`QoS`。
 *  `SUBACK`，消息体内容是服务器对于`SUBSCRIBE`所申请的主题及`QoS`进行确认和回复。
 *  `UNSUBSCRIBE`，消息体内容是要订阅的主题。

（转载原文地址：[MQTT协议－MQTT协议解析（MQTT数据包结构）][MQTT_MQTT_MQTT]）

[MQTT_MQTT_MQTT]: https://www.cnblogs.com/zhangyu1024/p/6141818.html