mqtt--協(xié)議ppt課件

1、MQTT協(xié)議梯影-技術部：李棟（MessageQueuingTelemetryTransport，消息隊列遙測傳輸協(xié)議）大綱1、什么是、什么是mqtt協(xié)議協(xié)議7、主題3、mqtt特性4、MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理5、MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)包結(jié)構6、發(fā)布/訂閱模式2、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些8、服務質(zhì)量9、遺囑消息MQTT代理什么是MQTT協(xié)議MQTT是一種基于發(fā)布/訂閱（publish/subscribe）模式的“輕量級”通訊協(xié)議，該協(xié)議構建于TCP/IP協(xié)議上，由IBM在1999年發(fā)布。MQTT最大優(yōu)點在于，可以以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠程設備提供實時可靠的消息服務。作為一種低開銷、低帶寬占用的即時

2、通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設備、移動應用等方面有較廣泛的應用。MQTT是一個基于客戶端-服務器的消息發(fā)布/訂閱傳輸協(xié)議。MQTT協(xié)議是輕量、簡單、開放和易于實現(xiàn)的，這些特點使它適用范圍非常廣泛。在很多情況下，包括受限的環(huán)境中，如：機器與機器（M2M）通信和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。其在，通過衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫(yī)療設備、智能家居、及一些小型化設備中已廣泛使用。2014年發(fā)布的MQTTv3.1.1是當前MQTT協(xié)議的最新版本。除標準版外，還有一個簡化版MQTT-SN，該協(xié)議主要針對嵌入式設備。3;大綱2、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些7、主題3、mqtt特性4、MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理5、MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)

3、包結(jié)構6、發(fā)布/訂閱模式1、什么是、什么是mqtt協(xié)議協(xié)議8、服務質(zhì)量9、遺囑消息MQTT代理4;四大協(xié)議的基本介紹ProtocolCoAPXMPPRESTfulHTTPMQTTTransportUDPTCPTCPTCPMessagingRequest/ResponsePublish/Subscribe Request/ResponseRequest/ResponsePublish/Subscribe Request/Response2G, 3G, 4G Suitability (1000s nodes)ExcellentExcellentExcellentExcellentLLN Suita

4、bility (1000s nodes)ExcellentFairFairFairCompute Resources10Ks RAM/Flash10Ks RAM/Flash10Ks RAM/Flash10Ks RAM/FlashSuccess StoriedUtility Field Area NetworksRemote management of consumer white goodsSmart Energy Profile 2 (premise energy management/home services)ExtendingenterprisemessagingintoIoTappl

5、ications5;大綱3、mqtt特性特性7、主題2、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些4、MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理5、MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)包結(jié)構6、發(fā)布/訂閱模式1、什么是、什么是mqtt協(xié)議協(xié)議8、服務質(zhì)量9、遺囑消息MQTT代理6;MQTT協(xié)議工作在低帶寬、不可靠的網(wǎng)絡的遠程傳感器和控制設備通訊而設計的協(xié)議，它具有以下主要的幾項特性：（1）使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，解除應用程序耦合。這一點很類似于XMPP，但是MQTT的信息冗余遠小于XMPP，,因為XMPP使用XML格式文本來傳遞數(shù)據(jù)。（2）對負載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸。（3）使用TCP/IP提供網(wǎng)絡連接。主流的MQTT是

6、基于TCP連接進行數(shù)據(jù)推送的，但是同樣有基于UDP的版本，叫做MQTT-SN。這兩種版本由于基于不同的連接方式，優(yōu)缺點自然也就各有不同了。7;MQTT特性：（4）有三種消息發(fā)布服務質(zhì)量：“至多一次”，消息發(fā)布完全依賴底層TCP/IP網(wǎng)絡。會發(fā)生消息丟失或重復。這一級別可用于如下情況，環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，丟失一次讀記錄無所謂，因為不久后還會有第二次發(fā)送。這一種方式主要普通APP的推送，倘若你的智能設備在消息推送時未聯(lián)網(wǎng)，推送過去沒收到，再次聯(lián)網(wǎng)也就收不到了?！爸辽僖淮巍?，確保消息到達，但消息重復可能會發(fā)生?！爸挥幸淮巍?，確保消息到達一次。在一些要求比較嚴格的計費系統(tǒng)中，可以使用此級別。在計費系統(tǒng)中，

7、消息重復或丟失會導致不正確的結(jié)果。這種最高質(zhì)量的消息發(fā)布服務還可以用于即時通訊類的APP的推送，確保用戶收到且只會收到一次。8;MQTT特性：（5）小型傳輸，開銷很?。ü潭ㄩL度的頭部是2字節(jié)），協(xié)議交換最小化，以降低網(wǎng)絡流量。這就是為什么在介紹里說它非常適合“在物聯(lián)網(wǎng)領域，傳感器與服務器的通信，信息的收集”，要知道嵌入式設備的運算能力和帶寬都相對薄弱，使用這種協(xié)議來傳遞消息再適合不過了。（6）使用Last Will和Testament特性通知有關各方客戶端異常中斷的機制。LastWill：即遺言機制，用于通知同一主題下的其他設備發(fā)送遺言的設備已經(jīng)斷開了連接。Testament：遺囑機制，功能類

8、似于LastWill。9;大綱4、MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理7、主題2、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些3、mqtt特性特性5、MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)包結(jié)構6、發(fā)布/訂閱模式1、什么是、什么是mqtt協(xié)議協(xié)議8、服務質(zhì)量9、遺囑消息MQTT代理10;MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理11;MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理-協(xié)議實現(xiàn)方式協(xié)議實現(xiàn)方式實現(xiàn)MQTT協(xié)議需要客戶端和服務器端通訊完成，在通訊過程中，MQTT協(xié)議中有三種身份：發(fā)布者（Publish）、代理（Broker）（服務器）、訂閱者（Subscribe）。其中，消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務器，消息發(fā)布者可以同時是訂閱者。MQTT傳輸?shù)南?/p>

9、分為：主題（Topic）和負載（payload）兩部分：（1）Topic，可以理解為消息的類型，訂閱者訂閱（Subscribe）后，就會收到該主題的消息內(nèi)容（payload）；（2）payload，可以理解為消息的內(nèi)容，是指訂閱者具體要使用的內(nèi)容。12;MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理-網(wǎng)絡傳輸與應用消息MQTT會構建底層網(wǎng)絡傳輸：它將建立客戶端到服務器的連接，提供兩者之間的一個有序的、無損的、基于字節(jié)流的雙向傳輸。當應用數(shù)據(jù)通過MQTT網(wǎng)絡發(fā)送時，MQTT會把與之相關的服務質(zhì)量（QoS）和主題名（Topic）相關連。13;MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理-客戶端一個使用MQTT協(xié)議的應用程序或者設備，它總是

10、建立到服務器的網(wǎng)絡連接。客戶端可以：（1）發(fā)布其他客戶端可能會訂閱的信息；（2）訂閱其它客戶端發(fā)布的消息；（3）退訂或刪除應用程序的消息；（4）斷開與服務器連接。14;MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理-服務器MQTT服務器以稱為“消息代理”（Broker），可以是一個應用程序或一臺設備。它是位于消息發(fā)布者和訂閱者之間，它可以：（1）接受來自客戶的網(wǎng)絡連接；（2）接受客戶發(fā)布的應用信息；（3）處理來自客戶端的訂閱和退訂請求；（4）向訂閱的客戶轉(zhuǎn)發(fā)應用程序消息。15;MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理-訂閱、主題、會話訂閱、主題、會話MQTT協(xié)議中定義了一些方法（也被稱為動作），來于表示對確定資源所進行操作。這個資

11、源可以代表預先存在的數(shù)據(jù)或動態(tài)生成數(shù)據(jù)，這取決于服務器的實現(xiàn)。通常來說，資源指服務器上的文件或輸出。主要方法有：（1）Connect。等待與服務器建立連接。（2）Disconnect。等待MQTT客戶端完成所做的工作，并與服務器斷開TCP/IP會話。（3）Subscribe。等待完成訂閱。（4）UnSubscribe。等待服務器取消客戶端的一個或多個topics訂閱。（5）Publish。MQTT客戶端發(fā)送消息請求，發(fā)送完成后返回應用程序線程。16;大綱5、MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)包7、主題2、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些3、mqtt特性特性4、MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理6、發(fā)布/訂閱模式1、什么

12、是、什么是mqtt協(xié)議協(xié)議8、服務質(zhì)量9、遺囑消息MQTT代理17;MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)包結(jié)構在MQTT協(xié)議中，一個MQTT數(shù)據(jù)包由：固定頭（Fixedheader）、可變頭（Variableheader）、消息體（payload）三部分構成。MQTT數(shù)據(jù)包結(jié)構如下：18;固定頭（Fixedheader）第一個字節(jié):包括消息類型和標識（DUP，QoSlevel，RETAIN）字段第二個字節(jié):（至少一個字節(jié)）包括剩余的信息字段所有的數(shù)據(jù)排序規(guī)則是順序值越大越優(yōu)先。1個16bit的字母出現(xiàn)在最重要的字節(jié)，后面是最不重要的字節(jié)。19; 可變報頭 Variable header報文標識符20;消息體MQT

13、T控制報文在報文的最后部分包含一個有效載荷。對于PUBLISH來說有效載荷就是應用消息。以下是支持有效負載的協(xié)議。21;大綱6、發(fā)布/訂閱模式7、主題2、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些3、mqtt特性特性4、MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理5、MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)包1、什么是、什么是mqtt協(xié)議協(xié)議8、服務質(zhì)量9、遺囑消息MQTT代理22;發(fā)布與訂閱模式打個比方，你打電話給朋友，一直要等到朋友接電話了才能夠開始交流，是一個典型的同步請求/回答的場景；而給一個好友郵件列表發(fā)電子郵件就不一樣，你發(fā)好電子郵件該干嘛干嘛，好友們到有空了去查看郵件就是了，是一個典型的異步發(fā)布/訂閱的場景。熟悉編程的同學一定非常

14、熟悉這種設計模式了，因為它帶來了這些好處：發(fā)布者與訂閱者不用了解彼此，只要認識同一個消息代理即可。發(fā)布者和訂閱者不需要交互，發(fā)布者無需等待訂閱者確認而導致鎖定。發(fā)布者和訂閱者不需要同時在線，可以自由選擇時間來消費消息。23;大綱7、主題6、發(fā)布/訂閱模式2、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些3、mqtt特性特性4、MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理5、MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)包1、什么是、什么是mqtt協(xié)議協(xié)議8、服務質(zhì)量9、遺囑消息MQTT代理24;主題 與訂閱機制MQTT是通過主題對消息進行分類的，本質(zhì)上就是一個UTF-8的字符串，不過可以通過反斜杠表示多個層級關系。主題并不需要創(chuàng)建，直接使用就是了。主題還

15、可以通過通配符進行過濾。其中，層級數(shù)量沒有限制不能包含任何的下文中提到的特殊符號（/、+、#），必須至少包含一個字符 /A”和“A”是不同的。 “A”和“A/”是不同的層級分隔符 /只能匹配本級不能匹配上級。例如，“sport/+”不匹配“sport多層通配符 #單層通配符 +一個Subsribe請求可訂閱多個Topic（節(jié)省帶寬，多訂閱盡量用一次請求）。25;大綱8、服務質(zhì)量7、主題2、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些3、mqtt特性特性4、MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理5、MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)包1、什么是、什么是mqtt協(xié)議協(xié)議6、發(fā)布/訂閱模式9、遺囑消息MQTT代理26;QoS0級別0：盡力而

16、為。消息發(fā)送者會想盡辦法發(fā)送消息，但是遇到意外并不會重試。27;QoS1級別1：至少一次。消息接收者如果沒有知會或者知會本身丟失，消息發(fā)送者會再次發(fā)送以保證消息接收者至少會收到一次，當然可能造成重復消息。28;QoS2級別2：恰好一次。保證這種語義肯待會減少并發(fā)或者增加延時，不過丟失或者重復消息是不可接受的時候，級別2是最合適的。29;大綱9、遺囑消息7、主題2、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議有哪些3、mqtt特性特性4、MQTT協(xié)議原理協(xié)議原理5、MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)包1、什么是、什么是mqtt協(xié)議協(xié)議6、發(fā)布/訂閱模式8、服務質(zhì)量MQTT代理30;遺囑消息MQTT本身就是為信號不穩(wěn)定的網(wǎng)絡設計的

17、，所以難免一些客戶端會無故的和Broker斷開連接。當客戶端連接到Broker時，可以指定LWT，Broker會定期檢測客戶端是否有異常。當客戶端異常掉線時，Broker就往連接時指定的topic里推送當時指定的LWT消息。當客戶端斷開連接時，發(fā)送給相關的訂閱者的遺囑消息。以下情況下會發(fā)送WillMessage：服務端發(fā)生了I/O錯誤或者網(wǎng)絡失??；客戶端在定義的心跳時期失聯(lián)；客戶端在發(fā)送下線包之前關閉網(wǎng)絡連接；服務端在收到下線包之前關閉網(wǎng)絡連接。31;使用場景在客戶端A進行連接時候，遺囑消息設定為”offline“，客戶端B訂閱這個遺囑主題。當A異常斷開時，客戶端B會收到這個”offline“的遺囑消息，從而知道客戶端A離線了。32;高級使用場景這里介紹一下如何將Retained消息與Will消息結(jié)合起來進行使用?？蛻舳薃遺囑消息設定為”offline“，該遺囑主題與一個普通發(fā)送狀態(tài)的主題設定成同一個A/status；當客戶端A連接時，向主題A/status發(fā)送“online”的Retained消息，其它客戶端訂閱主題A/status的時候，獲取Retained消息為“online”