MQTT協(xié)議14種報(bào)文分析報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上MQTT協(xié)議14種報(bào)文分析實(shí)習(xí)報(bào)告課 程 名 稱: _實(shí) 習(xí) 題 目: _ 專 業(yè) 班 級(jí): _學(xué) 生 姓 名: _學(xué) 號(hào): _實(shí) 習(xí) 成 績(jī): 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日實(shí)習(xí)時(shí)間實(shí)習(xí)地點(diǎn)實(shí)習(xí)學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)目的學(xué)習(xí)MQTT協(xié)議，對(duì)各個(gè)MQTT報(bào)文進(jìn)行協(xié)議分析。學(xué)習(xí)java語言的socket編程基礎(chǔ)，利用paho庫(kù)實(shí)現(xiàn)MQTT客戶端程序。實(shí)習(xí)內(nèi)容利用相關(guān)工具捕獲MQTT協(xié)議的相關(guān)報(bào)文，分析MQTT協(xié)議的14種報(bào)文。學(xué)會(huì)直接構(gòu)造MQTT報(bào)文，完成通信，并理解回調(diào)機(jī)制實(shí)習(xí)要求記錄MQTT實(shí)驗(yàn)過程、截圖分析并說明利用socket直接構(gòu)造MQTT報(bào)文，完成與服務(wù)器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)連接服

2、務(wù)器、訂閱主題、發(fā)送消息等功能。利用paho庫(kù)實(shí)現(xiàn)MQTT客戶端，實(shí)現(xiàn)所有功能，并理解回調(diào)機(jī)制實(shí)習(xí)主要設(shè)施設(shè)備裝有WiresharkPortable、paho、mosquitto、npcap、jdk-8u112-windows-i586等程序的PC機(jī)一臺(tái)實(shí)習(xí)成果對(duì)MQTT協(xié)議有了一定的認(rèn)識(shí)，知道如何分析各種報(bào)文。對(duì)MQTT協(xié)議編程有了一定的基礎(chǔ)和了解。實(shí)習(xí)報(bào)告1 引言1.1系統(tǒng)概述MQTT協(xié)議的分析與編程實(shí)驗(yàn)1.2 需求分析 基于輕量級(jí)代理的發(fā)布/訂閱協(xié)議，更為簡(jiǎn)約、輕量，易于使用，針對(duì)受限環(huán)境（帶寬低、網(wǎng)絡(luò)延遲高、網(wǎng)絡(luò)通信不穩(wěn)定），屬于物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)傳輸協(xié)議。設(shè)計(jì)思想是開放、簡(jiǎn)單、輕量、易于實(shí)

3、現(xiàn)。1.3 運(yùn)行環(huán)境裝并打開mosquitto服務(wù)器；安裝MQTT客戶端EclipsePahoMQTT；安裝npcap；安裝WiresharkPortable協(xié)議分析軟件；安裝jdk；Window7系統(tǒng)。構(gòu)造服務(wù)器環(huán)境。2 協(xié)議分析實(shí)驗(yàn)2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)環(huán)境：JDK環(huán)境實(shí)驗(yàn)方法及步驟：1.MQTT服務(wù)器端mosquitto（1）下載并安裝mosquitto（2）確認(rèn)安裝完后，所有所有的程序都安裝在這個(gè)目錄下，C:Program Files (x86)mosquitto。如果你不想在其他的操作系統(tǒng)上也執(zhí)行安裝程序，把C:Program Files (x86)mosquitto這個(gè)文件夾拷貝到任

4、何路徑（3）進(jìn)入d:mosquitto，輸入下面的命令， cd d:mosquitto mosquitto -p 1883 -v -p 代表當(dāng)前的mosquitto服務(wù)實(shí)例啟動(dòng)以后，其監(jiān)聽端口號(hào)，這個(gè)配置的覆蓋-c config file 指定的配置文件中的端口 -v 代碼調(diào)試模式（verbose）可以輸出更多的信息 2.MQTT客戶端Eclipse Paho MQTT （1）下載解壓縮后，雙擊paho.exe，打開后的對(duì)界面如下 （2）點(diǎn)擊上圖中的 十字圖標(biāo)，就能新建一個(gè)MQTT的客戶端的連接，輸入正確的MQTT服務(wù)端的連接地址， （3）這個(gè)時(shí)候我們就能訂閱消息了。選擇“Subscripti

5、on”下方的綠色十字圖標(biāo)，就可以輸入訂閱的主題（topic）的名字，比如我們?cè)O(shè)置主題名稱為“test”，并點(diǎn)擊“Subscribe”按鈕（4）往MQTT服務(wù)發(fā)送一條某一主題的MQTT消息。然后點(diǎn)擊“Publish”按鈕，這個(gè)時(shí)候，我們就能看到消息已經(jīng)發(fā)送成功，且在步驟（3）訂閱的同一主題也收到了消息。3.安裝和使用協(xié)議分析軟件wireshark （1）安裝WiresharkPortable_2.2.1.paf.exe（2）捕獲MQTT協(xié)議報(bào)文（3）在Wireshark中，分為capture filter和Display Filer，我們只需要在WireShark軟件中的capture filt

6、er 輸入下面的過濾條件，則與MQTT服務(wù)交互的相關(guān)TCP的數(shù)據(jù)包就能抓取到。如下圖所示意. 這個(gè)時(shí)候，我們先啟動(dòng)WireShark，然后點(diǎn)擊Eclipse Paho MQTT工具的“Connect”，這個(gè)時(shí)候WireShark就能抓取下面的TCP數(shù)據(jù)包。2.2 主要實(shí)驗(yàn)步驟操作：按照“MQTT-3.1.1-CN”文檔各種報(bào)文的實(shí)現(xiàn)方法依次實(shí)現(xiàn)，抓包結(jié)果截圖，結(jié)合參考文檔分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果：如下各圖所示14種報(bào)文分析說明具體如下：1.CONNECT 連接服務(wù)端分析說明：固定報(bào)頭：0001 0000其中MQTT報(bào)文控制類型0001，保留位0000剩余長(zhǎng)度字段：為16進(jìn)制的1c，表示剩余長(zhǎng)度等于可

7、變報(bào)頭的長(zhǎng)度（10字節(jié)）加上有效載荷的長(zhǎng)度為28?？勺儓?bào)頭：CONNECT報(bào)文的可變報(bào)頭按下列次序包含四個(gè)字段：協(xié)議名（Protocol Name），協(xié)議級(jí)別（Protocol Level），連接標(biāo)志（Connect Flags）和保持連接（Keep Alive）協(xié)議名字節(jié)構(gòu)成：00 04 4d 51 54 54，表示長(zhǎng)度為4的“MQTT”協(xié)議名稱協(xié)議級(jí)別字節(jié)構(gòu)成：04，對(duì)于3.1.1版協(xié)議，協(xié)議級(jí)別字段的值是4(0x04)。連接標(biāo)志：02，對(duì)應(yīng)2進(jìn)制0000 0010，服務(wù)端必須驗(yàn)證CONNECT控制報(bào)文的保留標(biāo)志位（第0位）是否為0，如果不為0必須斷開客戶端連接 。清理會(huì)話位置為連接標(biāo)志字

8、節(jié)的第1位 ，清理會(huì)話標(biāo)志被設(shè)置為1，客戶端和服務(wù)端必須丟棄之前的任何會(huì)話并開始一個(gè)新的會(huì)話。遺囑標(biāo)志位置為連接標(biāo)志的第2位，遺囑標(biāo)志被設(shè)置為0，連接標(biāo)志中的Will QoS和Will Retain字段必須設(shè)置為0，并且有效載荷中不能包含Will Topic和Will Message字段，網(wǎng)絡(luò)連接斷開時(shí)，不能發(fā)送遺囑消息。遺囑QoS位置為連接標(biāo)志的第4和第3位。這兩位用于指定發(fā)布遺囑消息時(shí)使用的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)，因?yàn)榇死z囑標(biāo)志位置被置0，所以0，遺囑QoS也必須設(shè)置為0(0x00) 遺囑保留位置為連接標(biāo)志的第5位。 遺囑標(biāo)志被設(shè)置為0，遺囑保留（Will Retain）標(biāo)志也必須設(shè)置為0 用戶名

9、標(biāo)志位置為連接標(biāo)志的第7位。此例用戶名標(biāo)志被設(shè)置為0，有效載荷中不能包含用戶名字段密碼標(biāo)志位置為連接標(biāo)志的第6位。因?yàn)榇死脩裘麡?biāo)志被設(shè)置為0，密碼標(biāo)志也必須設(shè)置為0 保持連接：保持連接字節(jié)為00 3c，其中保持連接KeepAliveMSB為00，保持連接KeepAliveLSB為3c有效載荷：00 10 70 61 68 6f 38 37 32 32 38 35 35 32 31 39 34 3，其中表示隨后長(zhǎng)度為16，此例有效載荷只有客戶端標(biāo)識(shí)符即paho 12.CONNACK 確認(rèn)連接請(qǐng)求 3. PUBLISH-發(fā)布消息：分析說明：以Q0S=1為例：固定報(bào)頭：0011 0010，其中MQ

10、TT報(bào)文控制類,0011，保留位0010，重發(fā)標(biāo)志位置為第1個(gè)字節(jié)，第3位，DUP=0，表示這是客戶端或服務(wù)端第一次請(qǐng)求發(fā)送這個(gè)PUBLISH報(bào)文。服務(wù)質(zhì)量等級(jí)位置為第1個(gè)字節(jié)，第2-1位，QoS=01，表示至少分發(fā)一次。保留標(biāo)志位置為第1個(gè)字節(jié)，第0位，例圖中為0.剩余長(zhǎng)度字段：為16進(jìn)制的0a，表示可變報(bào)頭的長(zhǎng)度。表示可變報(bào)頭的長(zhǎng)度加上有效載荷的長(zhǎng)度為10.可變報(bào)頭：為16進(jìn)制的00 03 31 31 30 00 06 31 32 33，00 03表示主題長(zhǎng)度為3,31 31 30即主題名110,00 06為報(bào)文標(biāo)識(shí)符，其中報(bào)文標(biāo)識(shí)符MSL為16進(jìn)制的00，報(bào)文標(biāo)識(shí)符LSB為16進(jìn)制的06

11、，31 32 33為發(fā)布內(nèi)容123有效載荷：有效載荷包含將被發(fā)布的應(yīng)用消息。數(shù)據(jù)的內(nèi)容和格式是應(yīng)用特定的。有效載荷的長(zhǎng)度這樣計(jì)算：用固定報(bào)頭中的剩余長(zhǎng)度字段的值減去可變報(bào)頭的長(zhǎng)度。包含零長(zhǎng)度有效載荷的PUBLISH報(bào)文是合法的。此例的有效載荷即為零長(zhǎng)度。4.PUBACK 發(fā)布確認(rèn)分析說明：固定報(bào)頭：0100 0000，其中MQTT報(bào)文控制類,0100，保留位0000剩余長(zhǎng)度字段：為16進(jìn)制的02，表示可變報(bào)頭的長(zhǎng)度。對(duì)PUBREL報(bào)文這個(gè)值等于2. 可變報(bào)頭：為16進(jìn)制的00 06，其中報(bào)文標(biāo)識(shí)符MSL為16進(jìn)制的00，報(bào)文標(biāo)識(shí)符LSB為16進(jìn)制的06有效載荷：PUBACK報(bào)文沒有有效載荷。

12、5.PUBREC 發(fā)布收到QoS2第一步分析說明：固定報(bào)頭：0101 0000，其中MQTT報(bào)文控制類,0101，保留位0000剩余長(zhǎng)度字段：為16進(jìn)制的02，表示可變報(bào)頭的長(zhǎng)度。對(duì)PUBREL報(bào)文這個(gè)值等于2. 可變報(bào)頭：為16進(jìn)制的00 07，其中報(bào)文標(biāo)識(shí)符MSL為16進(jìn)制的00，報(bào)文標(biāo)識(shí)符LSB為16進(jìn)制的07有效載荷：PUBREC報(bào)文沒有有效載荷。 6.PUBREL 發(fā)布釋放QoS2第二步分析說明：固定報(bào)頭：0110 0010，其中MQTT報(bào)文控制類,0110，保留位0010剩余長(zhǎng)度字段：為16進(jìn)制的02，表示可變報(bào)頭的長(zhǎng)度。對(duì)PUBREL報(bào)文這個(gè)值等于2. 可變報(bào)頭：為16進(jìn)制的00

13、 07，其中報(bào)文標(biāo)識(shí)符MSL為16進(jìn)制的00，報(bào)文標(biāo)識(shí)符LSB為16進(jìn)制的07有效載荷：PUBREL報(bào)文沒有有效載荷。 7.PUBCOMP 發(fā)布完成QoS2第三步分析說明：固定報(bào)頭：0111 0000，其中MQTT報(bào)文控制類,0111，保留位0000剩余長(zhǎng)度字段：為16進(jìn)制的02，表示可變報(bào)頭的長(zhǎng)度，對(duì)PUBCOMP報(bào)文這個(gè)值等于2。 可變報(bào)頭：為16進(jìn)制的00 07，其中報(bào)文標(biāo)識(shí)符MSL為16進(jìn)制的00，報(bào)文標(biāo)識(shí)符LSB為16進(jìn)制的07有效載荷：PUBCOMP報(bào)文沒有有效載荷。 8.SUBSCRIBE - 訂閱主題 分析說明：固定報(bào)頭：1000 0010，其中MQTT報(bào)文控制類,1000，保

14、留位0010剩余字段長(zhǎng)度：為16進(jìn)制的08，表示可變報(bào)頭的長(zhǎng)度（2字節(jié)）加上有效載荷的長(zhǎng)度為8可變報(bào)頭：為16進(jìn)制的00 01，其中報(bào)文標(biāo)識(shí)符MSL為16進(jìn)制的00，報(bào)文標(biāo)識(shí)符LSB為16進(jìn)制的01有效載荷：為16進(jìn)制的00 03 31 31 30 00，其中MSB為00，LSB為03，主題過濾為31 31 30即110，00表示服務(wù)質(zhì)量等級(jí)QoS為0。9 SUBACK 訂閱確認(rèn) 分析說明：固定報(bào)頭：1001 0000，其中MQTT報(bào)文控制類,1001，保留位0000剩余長(zhǎng)度字段為16進(jìn)制的03，表示可變報(bào)頭的長(zhǎng)度加上有效載荷的長(zhǎng)度為3可變報(bào)頭：為16進(jìn)制的00 01，其中報(bào)文標(biāo)識(shí)符MSL為1

15、6進(jìn)制的00，報(bào)文標(biāo)識(shí)符LSB為16進(jìn)制的01有效載荷：為16進(jìn)制的00，對(duì)應(yīng)2進(jìn)制即為返回碼0000 0000，返回碼值為0x00 -最大QoS 0 10 UNSUBSCRIBE 取消訂閱 分析說明：固定報(bào)頭：1010 0010其中MQTT報(bào)文控制類型1010，保留位0010剩余長(zhǎng)度字段 為16進(jìn)制的07，表示可變報(bào)頭的長(zhǎng)度加上有效載荷的長(zhǎng)度為7可變報(bào)頭：16進(jìn)制的00 02，其中報(bào)文標(biāo)識(shí)符MSL為16進(jìn)制的00，報(bào)文標(biāo)識(shí)符LSB為16進(jìn)制的02有效載荷：16進(jìn)制的 00 03 31 31 30,其中00 03表示想要取消訂閱的主題長(zhǎng)度為3，想要取消的主題為31 31 30即110。11 U

16、NSUBACK 取消訂閱確認(rèn) 分析說明：固定報(bào)頭：1011 0000其中MQTT報(bào)文控制類型1011，保留位0000.剩余長(zhǎng)度字段為：16進(jìn)制的02，表示可變報(bào)頭的長(zhǎng)度，對(duì)UNSUBACK報(bào)文這個(gè)值等于2可變報(bào)頭：16進(jìn)制的00 02，其中報(bào)文標(biāo)識(shí)符MSL為16進(jìn)制的00，報(bào)文標(biāo)識(shí)符LSB為16進(jìn)制的02有效載荷：UNSUBACK報(bào)文沒有有效載荷。 12 PINGREQ 心跳請(qǐng)求 分析說明：固定報(bào)頭：1100 0000，其中MQTT報(bào)文控制類型1100，保留位00000可變報(bào)頭：PINGREQ報(bào)文沒有可變報(bào)頭。 有效載荷：PINGREQ報(bào)文沒有有效載荷。13 PINGRESP 心跳響應(yīng) 分析說

17、明：固定報(bào)頭：1101 0000，其中MQTT報(bào)文控制類,1101，保留位0000可變報(bào)頭：PINGRESP報(bào)文沒有可變報(bào)頭。 有效載荷：PINGRESP報(bào)文沒有有效載荷。14 DISCONNECT 斷開連接分析說明：固定報(bào)頭：1110 0000，其中MQTT報(bào)文控制類型1110，保留位0000可變報(bào)頭：DISCONNECT報(bào)文沒有可變報(bào)頭。 有效載荷：DISCONNECT報(bào)文沒有有效載荷。2.3 思考與總結(jié)1.說明paho和mosquitto的作用，它們與發(fā)布/訂閱模式的關(guān)系。Paho是MQTT服務(wù)器客戶端，Mosquitto是MQTT服務(wù)器端，助paho和mosquitto均可作為MQTT

18、服務(wù)器的實(shí)現(xiàn),可實(shí)現(xiàn)發(fā)布/訂閱模式2.MQTT中變長(zhǎng)字段有哪些？接收端如何判斷變長(zhǎng)字段結(jié)束？MQTT中變長(zhǎng)字段有剩余長(zhǎng)度，當(dāng)剩余長(zhǎng)度字段的標(biāo)志位為0時(shí)表示變長(zhǎng)字段結(jié)束。3.構(gòu)造、捕獲并分析帶有客戶端標(biāo)識(shí)符，遺囑主題，遺囑消息，用戶名，密碼的Connect消息。分析說明：固定報(bào)頭：0001 0000報(bào)文控制類型0001，保留位0000剩余長(zhǎng)度字段：為16進(jìn)制的32，表示剩余長(zhǎng)度等于可變報(bào)頭的長(zhǎng)度（10字節(jié)）加上有效載荷的長(zhǎng)度為50.可變報(bào)頭：CONNECT報(bào)文的可變報(bào)頭按下列次序包含四個(gè)字段：協(xié)議名（Protocol Name），協(xié)議級(jí)別（Protocol Level），連接標(biāo)志（Connect

19、 Flags）和保持連接（Keep Alive）協(xié)議名字節(jié)構(gòu)成：00 04 4d 51 54 54，表示長(zhǎng)度為4的“MQTT”協(xié)議名稱協(xié)議級(jí)別字節(jié)構(gòu)成：04，對(duì)于3.1.1版協(xié)議，協(xié)議級(jí)別字段的值是4(0x04)。連接標(biāo)志：c6，對(duì)應(yīng)2進(jìn)制1100 0110，服務(wù)端必須驗(yàn)證CONNECT控制報(bào)文的保留標(biāo)志位（第0位）是否為0，如果不為0必須斷開客戶端連接 。清理會(huì)話位置為連接標(biāo)志字節(jié)的第1位 ，清理會(huì)話標(biāo)志被設(shè)置為1，客戶端和服務(wù)端必須丟棄之前的任何會(huì)話并開始一個(gè)新的會(huì)話。遺囑標(biāo)志位置為連接標(biāo)志的第2位，遺囑標(biāo)志被設(shè)置為1，表示如果連接請(qǐng)求被接受了，遺囑（Will Message）消息必須被存

20、儲(chǔ)在服務(wù)端并且與這個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)聯(lián)。之后網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)閉時(shí)，服務(wù)端必須發(fā)布這個(gè)遺囑消息，除非服務(wù)端收到DISCONNECT報(bào)文時(shí)刪除了這個(gè)遺囑消息。且連接標(biāo)志中的Will QoS和Will Retain字段會(huì)被服務(wù)端用到，同時(shí)有效載荷中必須包含Will Topic和Will Message字段。遺囑QoS位置為連接標(biāo)志的第4和第3位。這兩位用于指定發(fā)布遺囑消息時(shí)使用的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)，因?yàn)榇死z囑標(biāo)志位置被置0，所以0，遺囑QoS也必須設(shè)置為0(0x00) 遺囑保留位置為連接標(biāo)志的第5位。此例遺囑保留被設(shè)置為0且遺囑標(biāo)志被設(shè)置為1，服務(wù)端必須將遺囑消息當(dāng)作非保留消息發(fā)布。用戶名標(biāo)志位置為連接標(biāo)志的第7位

21、。此例用戶名標(biāo)志被設(shè)置為1，有效載荷中必須包含用戶名字段。密碼標(biāo)志位置為連接標(biāo)志的第6位。此例密碼標(biāo)志被設(shè)置為1，有效載荷中必須包含密碼字段保持連接：保持連接字節(jié)為00 3c，其中保持連接KeepAliveMSB為00，保持連接KeepAliveLSB為3c有效載荷：00 12 70 61 68 6f 31 30 35 35 34 37 35 35 30 35 37 37 38 30 00 03 31 31 30 00 03 31 31 30 00 03 31 31 30 00 03 31 31 30，其中00 12表示隨后客戶端標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)18個(gè)字節(jié)即paho 80，接著00 03表示隨后的遺囑

22、主題長(zhǎng)3個(gè)字節(jié)即110，接著00 03表示隨后的遺囑消息長(zhǎng)3個(gè)字節(jié)即110，接著00 03表示隨后的用戶名長(zhǎng)3個(gè)字節(jié)即110，接著00 03表示隨后的密碼長(zhǎng)3個(gè)字節(jié)即1104. 構(gòu)造、捕獲并分析訂閱多個(gè)不同Qos級(jí)別的主題Subscribe消息。同時(shí)訂閱QoS級(jí)別分別為0、1、2的消息。 三種方式固定頭部的前兩個(gè)字節(jié)均為：82 表示為請(qǐng)求訂閱；Qos表示字段僅僅跟著Topic字段之后，16進(jìn)制代碼為：00 01 10表示為0 1 2三種情況。5.構(gòu)造、捕獲并分析長(zhǎng)度大于 127 字節(jié)的報(bào)文。當(dāng)出現(xiàn)大于127字節(jié)的報(bào)文時(shí)，會(huì)在PUBLISH后出現(xiàn)幾個(gè)TCP報(bào)文；TCP報(bào)文的數(shù)據(jù)內(nèi)筒不一樣，但序號(hào)

23、相同。6.構(gòu)造、捕獲并分析Qos=1和Qos=2時(shí)丟包的處理情況。以上是QoS=1以上是QoS=27.學(xué)習(xí)3種QoS消息的特性，通過實(shí)驗(yàn)填寫下表內(nèi)容發(fā)布消息的QoS 0 0 0 1 Topic訂閱的QoS 0 1 2 0 接收消息的QoS 0 0 0 0發(fā)布消息的QoS 1 1 2 2 2 Topic訂閱的QoS 1 2 0 1 2 接收消息的QoS 1 1 0 1 23協(xié)議編程實(shí)驗(yàn)過程3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)環(huán)境：JDK環(huán)境實(shí)驗(yàn)方法及步驟：1.安裝JDk2.安裝eclipse3.打開paho軟件4.在eclipse中調(diào)試JAVA軟件3.2 主要實(shí)驗(yàn)步驟1.安裝JAVA編程環(huán)境2.下載pahoMqttclient.Jar包3.利用socke直接構(gòu)造MQTT報(bào)文，完成與服務(wù)器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)連接服務(wù)器、訂閱主題、發(fā)送消息等功能。4.利用paho庫(kù)實(shí)現(xiàn)MQTT客戶端，實(shí)現(xiàn)所有功能，并理解回調(diào)機(jī)制。5.結(jié)果作為客戶端作為服務(wù)器端回調(diào)機(jī)