深入理解mqtt协议，mqtt测试

MQTT协议

MQTT是轻量级基于代理的发布/订阅的消息传输协议，它可以通过很少的代码和带宽和远程设备连接。例如通过卫星和代理连接，通过拨号和医疗保健提供者连接，以及在一些自动化或小型设备上，而且由于小巧，省电，协议开销小和能高效的向一和多个接收者传递信息，故同样适用于称动应用设备上。

 

Mqtt协议特点：

1.使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合。

2.协议简单，最小的头部只需2个字节，特别适合于嵌入式中。

3.对负载内容屏蔽的消息传输。

4.使用 TCP/IP 提供网络连接。

5.有三种消息发布服务质量：

(1) “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。

(2) “至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

(3) “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。

 

6. 使用 Last Will 和 Testament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制。

 

 

PUB/SUB 模型

 

 

Mqtt结构

固定头部，使用两个字节，共16位：

bit	7	6	5	4	3	2	1	0
byte 1	Message Type	DUP flag	QoS level	RETAIN
byte 2	Remaining Length

 

消息类型

使用4位二进制表示，可代表16种消息类型

Mnemonic	Enumeration	Description
Reserved	0	Reserved----保留待用
CONNECT	1	Client request to connect to Server----客户端连接请求
CONNACK	2	Connect Acknowledgment----连接反馈
PUBLISH	3	Publish message-----发布消息
PUBACK	4	Publish Acknowledgment-----发布反馈
PUBREC	5	Publish Received (assured delivery part 1)----发布消息被接收
PUBREL	6	Publish Release (assured delivery part 2)
PUBCOMP	7	Publish Complete (assured delivery part 3)----发布消息完成
SUBSCRIBE	8	Client Subscribe request----客户端订阅
SUBACK	9	Subscribe Acknowledgment----订阅反馈
UNSUBSCRIBE	10	Client Unsubscribe request----客户端解除订阅
UNSUBACK	11	Unsubscribe Acknowledgment----接触订阅反馈
PINGREQ	12	PING Request-------心跳检测
PINGRESP	13	PING Response----心跳反馈
DISCONNECT	14	Client is Disconnecting----客户端断开连接
Reserved	15	Reserved----保留待用

 

 

消息类型使用的场景这里我使用的是wireshark 抓包工具

 

首先我先来测试demo1也就是消息类型QOS

 

 

 

代码中我没有设置QOS类型所以他会默认选0；

 

（至多发送一次，发送即丢弃。没有确认消息，也不知道对方是否收到）

 

 

 

我本机ip是192.168.101.248 向192.168.56.3服务器发送订阅请求如上图mqtt使用的是TCP/IP网络传输所以也要经过三次握手原则。在客户机和服务器之间建立正常的TCP网络连接时，客户机首先发出一个SYN消息，服务器使用SYN+ACK应答表示接收到了这个消息，最后客户机再以ACK消息响应。这样在客户机和服务器之间才能建立起可靠的TCP连接，数据才可以在客户机和服务器之间传递，也就是上面mqtt的特点：使用 TCP/IP 提供网络连接。

 

 

名词解释：SYN表示建立连接， FIN表示关闭连接， ACK表示响应， PSH表示有DATA数据传输， RST表示连接重置。

 

 在Connect 中可以看到我的发布者ID为 demo也就是我代码中所写的：

 

 

第二个Connect Ack 内容

 

 可以看到是0;因为我没有设置QOS消息方法所以默认是0；0代表最多1次，发完就丢弃，不保证消息是否收到。下面可以参考QOS服务质量资料。

 

 

Publish message 也就是我们发送的消息了

 

 

因为这里汉字是采用8进制表示的，如果转码需要经过转为16进制每两位代表一个汉字共四位，从中间的topic就可以看出那个就是我们发送的消息了。

 

 

 

PUBACK

 

 

服务器向我们返回的信息也就是这个信息的ID号了。

 

DISCONNECT

-客户端断开连接，因为我在代码中最后执行了断开连接的方法所以会通知服务器。代码如图：

 

 

 

 

QOS 1

 

（所有QoS level 1都要在可变头部中附加一个16位的消息ID提供SUBSCRIBE(订阅)和UNSUBSCRIBE(退订)消息使用。针对消息的发布，Qos level 1，意味着消息至少被传输一次。发送者若在一段时间内接收不到PUBACK消息，发送者需要打开DUB标记为1，然后重新发送PUBLISH消息。因此会导致接收方可能会收到两次PUBLISH消息）

 

因为连接的是时候可以接受到mqtt服务器的回复，在送出去消息的时候要让服务器回执发送不到客户端，这个测试环境不好测试所以就没例子。

 

 

 

QOS 2

 

 

从上图可以看出首先发布者连接mqtt服务器，然后得到服务器的回复，发布者就开始发送消息，服务器这边回复 publish received也就是告诉发布者你的消息我收到了，接着发布告诉服务器，我收到你的回复了，那条消息你可以删除了，然后服务器又回复发布者我做完了，最后发布者断开连接。

 

 

QOS 3 (mqtt 预留的信息类型待用。这里就没测试的必要了)

 

 

 

DUP flag（打开标志）

保证消息可靠传输，默认为0，只占用一个字节，表示第一次发送。不能用于检测消息重复发送等。只适用于客户端或服务器端尝试重发PUBLISH, PUBREL, SUBSCRIBE 或 UNSUBSCRIBE消息，注意需要满足以下条件：当QoS > 0 消息需要回复确认此时，在可变头部需要包含消息ID。当值为1时，表示当前消息先前已经被传送过。

 

 

QoS(Quality of Service,服务质量)

使用两个二进制表示PUBLISH类型消息：

QoS value	bit 2	bit 1	Description
0	0	0	至多一次	发完即丢弃	<=1
1	0	1	至少一次	需要确认回复	>=1
2	1	0	只有一次	需要确认回复	=1
3	1	1	待用，保留位置

 

 

 

 

 

 

RETAIN(保持)

仅针对PUBLISH消息。不同值，不同含义：

 

 

1：表示发送的消息需要一直持久保存（不受服务器重启影响），不但要发送给当前的订阅者，并且以后新来的订阅了此Topic name的订阅者会马上得到推送。

 

 

 

 

 这里我设置为true 也就是1，测试的topic为testRetain

 

 

 

这里我先让一个订阅者jieshou订阅一个testRetain,现在来测试下发布者发布一条消息的结果。这里发布者已经发布了一条消息

 

 

 已经订阅的订阅者已经接受到了消息

现在再来启动第二个订阅者订阅者叫jieshou2

 

 

 

新来的订阅者也接受到了该信息。备注：新来乍到的订阅者，只会取出最新的一个RETAIN flag = 1的消息推送。

 

 

 

0：仅仅为当前订阅者推送此消息。

 

假如服务器收到一个空消息体(zero-length payload)、RETAIN = 1、已存在Topic name的PUBLISH消息，服务器可以删除掉对应的已被持久化的PUBLISH消息。

 

 

发送者发送一条消息给订阅方。

 

开启第二个新订阅者

 

新的订阅者没有接收到消息

 

 

 

Remaining Length（剩余长度）

在当前消息中剩余的byte(字节)数，包含可变头部和负荷(称之为内容/body，更为合适)。单个字节最大值：01111111，16进制：0x7F，10进制为127。单个字节为什么不能是11111111（0xFF）呢？因为MQTT协议规定，第八位（最高位）若为1，则表示还有后续字节存在。同时MQTT协议最多允许4个字节表示剩余长度。那么最大长度为：0xFF,0xFF,0xFF,0x7F，二进制表示为:11111111,11111111,11111111,01111111，十进制：268435455 byte=261120KB=256MB=0.25GB 四个字节之间值的范围：

 

Digits	From	To
1	0 (0x00)	127 (0x7F)
2	128 (0x80, 0x01)	16 383 (0xFF, 0x7F)
3	16 384 (0x80, 0x80, 0x01)	2 097 151 (0xFF, 0xFF, 0x7F)
4	2 097 152 (0x80, 0x80, 0x80, 0x01)	268 435 455 (0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x7F)

 

固定头部仅定义了消息类型和一些标志位，一些消息的元数据，需要放入可变头部中。可变头部内容字节长度 + Playload/负荷字节长度 = 剩余长度，这个是需要牢记的。可变头部，包含了协议名称，版本号，连接标志，用户授权，心跳时间等内容。

消息体主要是为配合固定/可变头部命令（比如CONNECT可变头部User name标记若为1则需要在消息体中附加用户名称字符串）而存在。

CONNECT/SUBSCRIBE/SUBACK/PUBLISH等消息有消息体。PUBLISH的消息体以二进制形式对待。

我这里使用的是paho mqtt框架所以消息体中二进制转义等一系列功夫就不需要关心太多，只需要记住mqtt协议消息体最大容量和消息的表现形式就可以了。具体转义实现可以参考：http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2014/02/07/409587.html

 

 

 

 

当我强制关闭客户端程序的时候

 也就是mqtt协议特点  Last Will 和 Testament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制。  ·

 

其他问题参考文献：http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2014/02/07/409587.html，

 

http://blog.csdn.net/u013944791/article/details/44218471