MQTT 协议基础

图示：© IoT For All --> 我们将讨论MQTT协议的基本内容和如何开始使用MQTT协议，并提供代码示例。物联网（IoT）和MQTT的初学者可以利用这些信息来理解MQTT相关概念，并快速开始开发MQTT服务和应用。MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级的、基于发布-订阅的消息协议，设计用于资源受限的设备和低带宽、高延迟或不可靠的网络。它在物联网（IoT）应用中被广泛使用，为传感器、执行器和其他设备提供高效的通信。“MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级的、基于发布-订阅的消息协议，设计用于资源受限的设备和低带宽、高延迟或不可靠的网络。” 为什么MQTT是物联网的最佳协议？MQTT之所以成为最佳的物联网协议之一，是因为它具有独特功能和能力，能够满足物联网系统特定的需求。一些主要原因包括：轻量级：物联网设备通常在处理能力、内存和能源消耗方面受限。MQTT的最小开销和小数据包大小使其非常适合这些设备，因为它消耗的资源更少，即使在能力有限的情况下也能实现高效通信。可靠：物联网网络可能会遇到高延迟或不稳定的连接。MQTT对不同服务质量（QoS）等级的支持、会话感知和持久连接，确保了即使在恶劣条件下也能实现可靠的消息传递，这使得MQTT非常适合物联网应用。安全通信：在物联网网络中，安全性至关重要，因为这些网络经常传输敏感数据。MQTT支持传输层安全（TLS）和安全套接字层（SSL）加密，确保传输过程中的数据保密性。此外，它还通过用户名/密码凭证或客户端证书提供身份验证和授权机制，确保对网络和资源的访问得到保障。双向通信：MQTT的发布-订阅模式允许设备之间进行无缝双向通信。客户端既可以发布消息到主题，也可以订阅以接收特定主题的消息，使得在各种物联网生态系统中能够有效交换数据，而无需设备之间直接耦合。这种模式还简化了新设备的集成，确保了轻松的可扩展性。持续的状态会话：MQTT允许客户端与代理保持状态会话，使系统即使在断开连接后也能记住订阅和未交付的消息。客户端还可以在连接时指定一个保持活动的时间间隔，该时间间隔会促使代理定期检查连接状态。如果连接丢失，代理会存储未发送的消息（具体取决于QoS等级），并在客户端重新连接时尝试发送这些消息。这一功能确保了通信的可靠性，并减少了因间歇性连接而造成的数据丢失风险。大规模物联网设备支持：物联网系统通常涉及大量设备，因此需要一种能够处理大规模部署的协议。MQTT的轻量级特性、低带宽消耗和高效的资源利用，使其非常适合大规模物联网应用。发布-订阅模式使得MQTT能够有效扩展，因为它解耦了发送方和接收方，减少了网络流量和资源使用。此外，该协议对不同QoS等级的支持允许根据应用程序的需求定制消息传递，确保在各种场景下的最佳性能。语言支持：物联网系统通常包括使用各种编程语言开发的设备和应用。MQTT广泛的语言支持使其能够轻松集成到多个平台和技术中，促进各种物联网生态系统中无缝的通信和互操作性。MQTT是如何工作的？要了解MQTT是如何工作的，您需要首先掌握每个概念的基本知识：MQTT客户端、MQTT代理、发布-订阅模式、主题和QoS：MQTT客户端：任何运行MQTT客户端库的应用程序或设备都是MQTT客户端。例如，使用MQTT的即时通讯应用是一个客户端，各种使用MQTT报告数据的传感器也是一个客户端，各种MQTT测试工具也是客户端。MQTT代理：MQTT代理处理客户端的连接、断开连接、订阅和退订请求，并路由消息。一个强大的MQTT代理可以支持大量的连接和百万级的消息吞吐量，帮助物联网服务提供商专注于业务，并快速创建可靠的MQTT应用。发布-订阅模式：发布-订阅模式不同于客户端-服务器模式，因为它将发送消息的客户端（发布者）与接收消息的客户端（订阅者）分离开来。发布者和订阅者不需要建立直接连接，MQTT代理负责路由和分发所有消息。下图显示了MQTT的发布/订阅过程。温度传感器作为客户端连接到MQTT服务器，并将温度数据发布到一个主题（例如，Temperature），服务器接收消息并将其转发给订阅Temperature主题的客户端。EMQ Technologies Inc.主题：MQTT协议根据主题路由消息。主题通过斜线/区分层次，这类似于URL路径，例如：chat/room/1 sensor/10/temperature sensor/+/temperature MQTT主题支持以下通配符：+和#。+：表示单级通配符，例如a/+匹配a/x或a/y。#：表示多级通配符，例如a/#匹配a/x，a/b/c/d。更多关于MQTT主题的信息，请查阅博客《理解MQTT主题与通配符的实例》。服务质量（QoS）：MQTT提供三种不同的服务质量等级，并在不同的网络环境中保证消息传递的可靠性。QoS 0：消息最多传递一次。如果当前客户端不可用，则会丢失消息。QoS 1：消息至少传递一次。QoS 2：消息仅传递一次。MQTT的工作流程：既然我们已经了解了MQTT的基本知识，现在来看看典型的工作流程是怎样的：客户端使用TCP/IP与代理建立连接，可以选择使用TLS/SSL加密以实现安全通信。客户端提供身份验证凭据，并指定一个干净会话或持久会话。客户端可以选择向特定主题发布消息或订阅主题以接收消息。发布消息的客户端将消息发送到代理，而订阅消息的客户端则表示对特定主题的消息感兴趣。代理接收已发布的消息，并将其转发给所有订阅了相关主题的客户端。它确保根据指定的服务质量（QoS）等级实现可靠的消息传递，并根据会话类型管理已断开连接客户端的消息存储。连接性 物联网平台 网络与协议 --> 连接性 物联网平台 网络与协议