mqtt：通过抓取报文分析消息质量qos

旧城等待， 2023-10-05 08:17 56阅读 0赞

#### 环境 ####

服务端 ：EMQ

客户端：

let mqtt = require('mqtt')
    let options = {
        
        'username': 'clientB',
        'password': '123456',
        'clientId': '1597279339',
        'keepalive': 90,
        'connectTimeout': 3000,
        'clean': true
    }
    let client = mqtt.connect('tcp://39.99.222.146:1883',options)
    client.on('connect', function () {
        
        client.publish('apple', "nice to meet you",{
        'qos':2}, function (err) {
        
        })
    })

抓包工具：Wireshark

#### qos简介 ####

qos 即消息质量在大多数数据以及资料中你都会看到这样的描述

**qos = 0：至多一次，消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失**

**一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。**

**qos = 1：至少一次，确保消息到达，但消息重复可能会发生。**

**qos = 2：只有一次，确保消息到达一次。这一级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNTM4MDk3_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]**

上面描述的次数，只针对相邻的两个收发设备，客户端到服务器，服务器到客户端的消息数量，并不能保障客户端到客户端，因为客户端

到服务端之间有服务器。

如上面指的计费系统，就必须保证 publish 端和 subscribe 端 qos 都为2，只有这样才能保证发布一条消息并且只接收一条消息。

列出 publish 和 subscribe qos 的所有组合如下

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>publish qos</td> 
   <td>pub(0)</td> 
   <td>pub(0)</td> 
   <td>pub(0)</td> 
   <td>pub(1)</td> 
   <td>pub(1)</td> 
   <td>pub(1)</td> 
   <td>pub(2)</td> 
   <td>pub(2)</td> 
   <td>pub(2)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>subscribe qos</td> 
   <td>sub(0)</td> 
   <td>sub(1)</td> 
   <td>sub(2)</td> 
   <td>sub(0)</td> 
   <td>sub(1)</td> 
   <td>sub(2)</td> 
   <td>sub(0)</td> 
   <td>sub(1)</td> 
   <td>sub(2)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 抓包分析 ####

下面是发送的报文，Wireshark 抓包可以使用 ip.addr == 39.99.222.146 or ip.addr == 192.168.20.72 and mqtt，

替换为你的服务器地址和客户端地址，因为我是在一台电脑模拟两个客户端，所以设备IP相同，有条件的可以试试用两个IP，抓包时更加

直观

qos = 0

只会向服务器发送一次报文

![在这里插入图片描述][20200813172025869.png_pic_center]  
qos = 1

只会向服务器发送一次报文，服务器响应客户端确认收到报文

![在这里插入图片描述][20200813172146752.png_pic_center]  
qos = 2

只向服务器发送一条报文，服务端响应客户端收到报文，服务端发送报文给订阅客户端，发送客户端释放消息并发送报文给服务器，

服务器发送确认消息到发送客户端，此时就保证服务器只有一条消息

![在这里插入图片描述][20200813172425640.png_pic_center]

理论上有这么多的组合，但是如果 publish 和 subscribe 两个客户端 qos 不同，则subscribe的qos以publish 的qos为准 mqtt 服务器，

如下几种组合报文是相同的

**（pub（0）,sub（0）） = （pub（0）,sub（1））= （pub（0）,sub（2））**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNTM4MDk3_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
**（pub（1）,sub（1）） = （pub（1）,sub（2））**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNTM4MDk3_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
去掉几项重复的，可以得到不同报文有以下几项组合方式

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td></td> 
   <td>①</td> 
   <td>②</td> 
   <td>③</td> 
   <td>④</td> 
   <td>⑤</td> 
   <td>⑥</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>publish qos</td> 
   <td>pub(0)</td> 
   <td>pub(1)</td> 
   <td>pub(1)</td> 
   <td>pub(2)</td> 
   <td>pub(2)</td> 
   <td>pub(2)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>subscribe qos</td> 
   <td>sub(0)</td> 
   <td>sub(0)</td> 
   <td>sub(1)</td> 
   <td>sub(0)</td> 
   <td>sub(1)</td> 
   <td>sub(2)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

下面截图标注的 publish 以及 subcribe 指明报文是服务器和发布端还是订阅端交互

①、pub(0) sub(0) 组合

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNTM4MDk3_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
②、pub(1) sub(0) 组合  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNTM4MDk3_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

③、pub(1) sub(1) 组合

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNTM4MDk3_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
④、pub(2) sub(0) 组合![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNTM4MDk3_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]

⑤、pub(2) sub(1) 组合  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNTM4MDk3_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]

⑥、pub(2) sub(2) 组合  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxNTM4MDk3_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]  
PUBLISH 报文固定报头

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Bit</td> 
   <td>7</td> 
   <td>6</td> 
   <td>5</td> 
   <td>4</td> 
   <td>3</td> 
   <td>2</td> 
   <td>1</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>byte1</td> 
   <td colspan="4"> MQTT 控制报文类型 (3)</td> 
   <td>DUP</td> 
   <td colspan="2">QoS 等级</td> 
   <td>RETAIN</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td></td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>1</td> 
   <td>1</td> 
   <td>x</td> 
   <td>x</td> 
   <td>x</td> 
   <td>x</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>byte2 </td> 
   <td colspan="8">剩余长度</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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。

由上面抓包结合 publish 固定报头可以发现

对于 qos = 0

该消息最多只发送一次，或者在通过网络的传送受阻的时候根本不发送。

qos = 1

该消息至少发送一次。如果发送方没有收到PUBACK确认包，则会再次发送加上 DUP 标志的该消息，直到收到确认包为止。(上面抓包

过程中，连接很稳定没遇到重复发的问题)

qos =2

QoS = 2 是最安全但也是最慢的传输模式。要进行两次交互客户端向服务端发送 publish message 报文，服务端响应客户端收到报文

publish received，客户端发送释放消息报文给服务端，服务端回复客户端发布完成确认。

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[20200813172025869.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200813172025869.png#pic_center
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