MQTT协议介绍

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所属分类:linux技术
摘要

( Message Queuing Telemetry Transport)消息队列传输探测,一种基于发布/订阅模式的轻量级消息传输协议


一:MQTT

1、MQTT协议说明

( Message Queuing Telemetry Transport)消息队列传输探测,一种基于发布/订阅模式的轻量级消息传输协议

2、MQTT协议来源

在1999年的时候,Andy Stanford-Clark和 Arlen Nipper需要一种通过卫星连接原油管道数据采集监控系统的协议,以最大限度地减少电池损耗和带宽。所以发明了MQTT协议。

3、MQTT协议使用场景

适用于低带宽和不稳定网络环境的物联网应用场景,在这样的场景中,可以用极少的代码为联网设备提供实时可靠的消息服务。

MQTT 协议广泛应用于物联网、移动互联网、智能硬件、车联网、智慧城市、远程医疗、电力、石油与能源等领域。

4、MQTT协议的特点

  • 易于实现

  • 轻量高效,节省带宽,最小报文仅为 2 个字节。

  • 使用TCP进行连接,实现稳定、可靠的网络连接

  • 基于发布订阅模型,支持双工通信。

  • 灵活性、扩展性很强。

5、C/S和pub/sub的区别

C/S模式:客户端能够直接和服务器进行通信

pub/sub:将发送消息的发布者 publisher与接收消息的订阅者 subscribers进行分离,publisher 与 subscribers 并不会直接通信,他们甚至都不清楚对方是否存在,他们之间的交流由第三方组件 broker 代理。
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发布-订阅模式的优点:

消除了传统c/s模式之间的直接通信,把通信这个操作交给了 broker 进行代理,并在空间、时间、同步三个维度上进行了解藕。

6、消息过滤

broker 能够对消息进行过滤,使每个订阅者只接收自己感兴趣的消息。

过滤选项:

(1)基于主题的过滤:MQTT 是基于 subject 的消息过滤的,每条消息都会有一个 topic ,接收客户端会向 borker 订阅感兴趣的 topic,订阅后,broker 就会确保客户端收到发布到 topic 中的消息

(2)基于内容过滤:broker 会根据特定的内容过滤消息,接受客户端会经过过滤他们感兴趣的内容。

(3)基于类型过滤:使用面向对象的语言时,基于消息(事件)的类型过滤是一种比较常见的过滤方式。

7、MQTT和消息队列区别

  • 消息队列:一条消息只能被一个客户端所消费
  • MQTT:每个订阅者都会受到消息,每个订阅者有相同的负载(数据信息)

8、MQTT Client

publisher 和 subscriber 都属于 MQTT Client。之所以有发布者和订阅者这个概念,其实是一种相对的概念,就是指当前客户端是在发布消息还是在接收消息

MQTT 客户端是指运行 MQTT 库并通过网络连接到 MQTT broker 的任何设备,这些设备可以从微控制器到成熟的服务器。

9、MQTT broker

  • broker 负责接收所有消息,过滤消息,确定是哪个 client 订阅了每条消息,并将消息发送给对应的 client.
  • broker 还负责保存会话数据,这些数据包括订阅的和错过的消息。broker 还负责客户端的身份验证和授权。

10、MQTT连接

连接是client和broker之间的连接。 client 就会向 broker 发起 CONNECT 消息,代理会使用 CONNACK 消息和状态码进行响应。

一旦 client 和 broker 的连接建立后,broker 就会使客户端的连接一直处于打开状态,直到 client 发出断开命令或者连接中断。

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11、消息类型说明

发布消息

  • 当 MQTT client 在连接到 broker 之后就可以发送消息了,MQTT 使用的是基于 topic 主题的过滤。每条消息都应该包含一个 topic ,broker 可以使用 topic 将消息发送给感兴趣的 client。
  • 每条消息还会包含一个负载(Payload),Payload 中包含要以字节形式发送的数据。(数据格式由数据的发布者确定)

订阅消息

client 会向 broker 发送 SUBSCRIBE 消息来接收有关感兴趣的 topic,这个 SUBSCRIBE 消息非常简单,它包含了一个唯一的数据包标识和一个订阅列表。

确认消息

client 在向 broker 发送 SUBSCRIBE 消息后,为了确认每个订阅,broker 会向 client 发送 SUBACK 确认消息。
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退订消息:

取消订阅也需要 broker 的确认,此时 broker 会向 client 发送一个 UNSUBACK 消息,这个 UNSUBACK 消息非常简单,只有一个 packetId 数据标识符。

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12、topic 相关概念

在 MQTT 中,Topic 是指 broker 为每个连接的 client 过滤消息的 UTF-8 字符串。Topic 是一种分层的结构,可以由一个或者多个 Topic 组成。每个 Topic 由 / 进行分割。

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与传统的消息队列相比,MQTT Topic 非常轻量级,client 在发布或订阅之前不需要先创建所需要的 Topic,broker 在接收每个 Topic 前不用进行初始化操作。

13、topic的通配符

当客户端订阅 Topic 时,它可以订阅已发布消息的确切 Topic,也可以使用通配符来同时订阅多个 Topic。通配符有两种:单级和多级

单级通配符

单级通配符可以替换 Topic 的一个级别,+ 号代表 Topic 中的单级通配符。

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多级通配符

多级通配符涵盖多个 Topic,# 代表 Topic 中的多级通配符。为了让 broker 能够确定和哪些 Topic 匹配,多级通配符必须作为 Topic 中的最后一个字符放置,并以 / 开头。

当 client 订阅带有多级通配符的 Topic 时,不论 Topic 有多长多深,它都会收到通配符之前 Topic 的所有消息。如果你只将 Topic 定义为 # 的话,那么你将会收到所有的消息

二:MQTT客户端工具

1、mosquitto

Mosquitto 是一种流行的MQTT代理和客户端库,它可以用于实现MQTT通信

mosquitto是一款实现了消息推送协议 MQTTv5.0, v3.1.1, v3.1 的开源消息代理软件,提供轻量级的,支持可发布/可订阅的的消息推送模式,使设备对设备之间的短消息通信变得简单,比如现在应用广泛的低功耗传感器,手机、嵌入式计算机、微型控制器等移动设备。

Mosquitto 安装之后默认提供了 mosquitto_pubmosquitto_sub两个命令行 MQTT 客户端工具。

# 下载地址 	https://github.com/eclipse/mosquitto # 官网 	https://mosquitto.org/ 

mosquitto_pub:

用于向mqtt broker 发送消息

相关参数:

-h 	# 指定要连接mqtt broker的地址 默认为localhost -p 	# 指定mqtt broker的端口号 -u 	# 指定在与代理进行身份验证时要使用的用户名 -P 	# 指定在与代理进行身份验证时要使用的密码 -m 	# 消息内容 -t 	# 指定发送消息的topic名称 -i  # 用于为连接到MQTT代理的客户端分配一个唯一的客户端ID 

例如:发布消息

# 将连接到本地主机上运行的MQTT代理,并发布消息“Hello, MQTT”到主题“topic/test”上。  mosquitto_pub -h localhost -t "topic/test" -m "Hello, MQTT"  # 例如 向地址为10.0.0.33发送topic为/xyz,消息为"How are you to to to?"的消息 mosquitto_pub -h 10.0.0.33 -t "/xyz" -i "client3" -m "How are you to to to?" -u bruce -P lan1532 

mosquitto_sub:

用于向mqtt broker 订阅消息。

当一个MQTT客户端发布一个消息到一个特定的主题时,MQTT代理将把这个消息发送给所有订阅了这个主题的MQTT客户端。

-h 	# 指定要连接mqtt broker的地址 默认为localhost -p 	# 指定mqtt broker的连接端口号 -u 	# 指定在与代理进行身份验证时要使用的用户名 -P 	# 指定在与代理进行身份验证时要使用的密码(大写P) -m 	# 消息内容 -t 	# 指定订阅的topic名称  -i  # 用于为连接到MQTT代理的客户端分配一个唯一的客户端ID  # 为了确保MQTT broker正确地将消息传递给所有订阅者,它需要对每个连接到它的客户端进行唯一标识,这就是客户端ID的作用。 

例如:订阅消息

# 连接到本地主机上运行的MQTT代理,并订阅主题“topic/test”上的所有消息。 mosquitto_sub -h localhost -t "topic/test"   # 例如: mosquitto_sub -h localhost -t "/xyz" -i "client1"  -u bruce -P lan1532 

配置文件说明:

pid_file /var/run/mosquitto.pid  # 消息持久存储 persistence true persistence_location /var/lib/mosquitto/  # 日志文件存放位置 log_dest file /var/log/mosquitto/mosquitto.log  # 存放子配置文件位置 include_dir /etc/mosquitto/conf.d  # 指定端口号 port 1883  # 指定协议为MQTT协议 如果需要外网可以访问,就必须指定mqtt协议 protocol mqtt  # 设置最大连接数 max_connections -1  # 禁止匿名访问 默认是允许匿名用户访问的 allow_anonymous false 

mqtt broker 账号密码的创建:

如果关闭了匿名用户访问,需要mqtt broker指定的账号密码才能发布或者订阅消息。

mosquitto_passwd:用于Mosquitto用户认证配置

# 格式 mosquitto_passwd [ -H hash ] [ -c | -D ] passwordfile username # 选项     -c  # 是创建一个新的文件,只保存一个用户     -b  # 在文件中新增一个用户在最后     -D  # 从文件中删除指定用户     -H  # 指定密码加密方式   

配置要点:

# 1. 配置文件中加入一下配置     password_file /mosquitto/pwdfile  #  认证配置 acl_file /mosquitto/aclfile       #  权限配置  # 2. #创建用户和密码  mosquitto_passwd -c /mosquitto/pwdfile username root@ubuntu1804:~# mkdir /mosquitto  root@ubuntu1804:~# mosquitto_passwd -c /mosquitto/pwdfile tom Password:  Reenter password:   # 3. 权限配置 vim /mosquitto/aclfile 

例如:配置mqtt broker的非匿名模式

# 1. 修改配置文件 root@ubuntu1804:~# vim /etc/mosquitto/mosquitto.conf  pid_file /var/run/mosquitto.pid persistence true persistence_location /var/lib/mosquitto/ log_dest file /var/log/mosquitto/mosquitto.log include_dir /etc/mosquitto/conf.d allow_anonymous false password_file /mosquitto/pwdfile acl_file /mosquitto/aclfile port 1883 protocol mqtt  # 2. 添加mqtt broker的用户名和权限 root@ubuntu1804:~# mosquitto_passwd -c /mosquitto/pwdfile tom Password:  Reenter password:   root@ubuntu1804:~# vim /mosquitto/aclfile  user tom topic write  /# topic read  /#  # 3. 重启mqtt root@ubuntu1804:~# systemctl restart mosquitto.service   # 4. 发起监听 root@ubuntu1804:~# mosquitto_sub -h localhost -t "/xyz" -p 1883   -u tom -P redhat  # 5. 发送消息 root@ubuntu1804:~# mosquitto_pub -h 10.0.0.33 -t "/xyz" -i "client3" -m "How are you to tom ?" -u tom -P redhat -p 1883 

监听特定的topic:

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发布消息:

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2、MQTTX 工具

EMQX:一款应用广泛的大规模分布式物联网 MQTT 服务器。自 2013 年在 GitHub 发布开源版本以来,目前全球下载量已超千万,累计连接物联网关键设备超过 1 亿台。

MQTT X :一款开源的跨平台桌面客户端,它简单易用且提供全面的 MQTT 5.0 功能、特性测试,可运行在macOS, Linux 和 Windows 上。

# emqx官网: https://www.emqx.io/zh/downloads?os=Windows # 项目地址: https://github.com/emqx/MQTTX # 下载地址: https://github.com/emqx/MQTTX/releases # 官网:     https://mqttx.app/zh。 

链接:

https://www.cnblogs.com/qumogu/p/16007609.html

https://segmentfault.com/a/1190000021106683

https://segmentfault.com/a/1190000040216396