MQTT协议介绍 MQTT是物联网标准消息传递协议

鸣涧

MQTT协议介绍，MQTT是物联网标准消息传递协议（物联网人必懂）


MQTT概述
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于 TCP/IP 协议上，由 IBM 在1999年发布，现已是用于物联网 (IoT) 的 OASIS 标准消息传递协议。MQTT 最大优点在于，用极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。MQTT 协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。MQTT 协议运行在传输控制协议/互联网协议 (TCP/IP) 堆栈之上，提供有序、无损、双向连接。MQTT 协议在处理网络连接不稳定、带宽有限的环境中有较强的适应性，常被用于智能家居、医疗设备、卫星通信等场景中。

为什么选MQTT？

MQTT 协议具有以下特点：

• 轻量且高效：MQTT 客户端的代码量非常小，对系统资源的需求也较低，因此非常适合在小型微控制器上使用。此外，MQTT 消息的头部字段较小，使得网络带宽得到优化，进一步提高传输效率。
• 支持双向通信：MQTT 协议支持设备到云端以及云端到设备之间的消息传递。这使得向大量设备广播消息变得相对简单。
• 可扩展性：MQTT 协议可以扩展以连接数百万个物联网设备，满足大规模设备部署和数据采集的需求。
• 可靠的消息传递：对于许多物联网应用来说，消息传递的可靠性至关重要。MQTT 协议为此提供了三个定义的服务质量级别：最多一次（QoS 0）、至少一次（QoS 1）和恰好一次（QoS 2），以满足不同场景下对消息传递可靠性的需求。
• 支持不可靠网络：许多物联网设备通过移动蜂窝网络进行连接，这种网络环境通常是不稳定的。然而，MQTT 协议通过持久会话的设计，减少了客户端与代理之间重新建立连接的时间和通信延迟，从而在不可靠网络环境下提供了较为可靠的消息传输。
• 安全：MQTT 协议可以轻松使用 TLS（传输层安全协议）对传输的消息进行加密，并支持 OAuth 等现代身份验证协议对客户端进行身份验证，确保了消息传输的安全性和客户端身份的合法性。
  

常见名词术语解释

名词/术语	解释
MQTT Broker	MQTT Broker 是消息中间件，它负责接收发布者发送的消息，并根据订阅者订阅的主题将消息转发给订阅者。它管理客户端连接、处理订阅和退订，并保证按照指定的服务质量(QoS)级别发送消息。MQTT 是一种开放的轻量级机器对机器协议，专为物联网交互设计。在 MQTT 网络中，MQTT Broker 是协调所有 MQTT 代理之间的交互的服务器。MQTT 客户端可以是发布者，也可以是订阅者，或者两者都是。MQTT 架构可以是集中式的，也可以是分布式的，以适应不同的应用场景。
Bridge	Bridge在MQTT协议中是指桥接，是指将两个MQTT代理（Broker）连接起来，使得它们可以相互通信，以实现消息的互通。当两个Broker被桥接后，它们可以作为接入节点提供服务，对外可配置一个虚拟IP或域名来访问。这种桥接方式可以实现负载均衡和故障转移，提高系统的可用性和稳定性。在配置Bridge时，需要指定消息同步的Topic，而不是同步所有Topic来规避流量放大的问题，更推荐通过垂直切分的方案进行分流。MQTT协议中的Bridge主要有以下特点： 可以实现两个MQTT代理之间的消息互通，保证消息的可靠性和稳定性。 可以配置虚拟IP或域名来访问，提高系统的可用性和可维护性。 可以实现负载均衡和故障转移，提高系统的可用性和稳定性。 可以指定消息同步的Topic，避免流量放大的问题。 更推荐通过垂直切分的方案进行分流，以进一步提高系统的可用性和稳定性。
MQTT Client	MQTT Client 是指运行MQTT库并通过网络连接到MQTT broker的设备，这些设备可以是微控制器，也可以是成熟的服务器，它实现了MQTT协议的客户端。在MQTT协议中，一个典型的客户端会有以下主要操作：发布消息到某个topic、从某个topic订阅消息、处理接收到的消息、对接收到的QoS 1或QoS 2消息进行确认。MQTT协议的客户端实现非常简单直接。
RSMB	RSMB（Very Small Message Broker）是IBM开发的一个轻量级消息代理，主要用于MQTT协议的C/S（客户端/服务器）架构中的消息传输服务。之后，Eclipse Foundation将RSMB接纳为其下的一个项目，并将其命名为Eclipse Mosquitto。Eclipse Mosquitto是一个开源的消息代理，它实现了MQTT协议的版本3.1和3.1.1，被设计用于从低功耗的单板计算机到完整的服务器等各种设备。MQTT协议使用发布/订阅模型进行消息传递，这种模型被证明在许多场景下，特别是物联网（IoT）应用中，都非常有效。
LWT	Last Will and Testament (LWT) 是 MQTT 协议中用于处理非正常断开连接时的一种机制。LWT 可以被理解为在连接到 MQTT Broker 时提到的遗嘱。当 Broker 检测到 Client 非正常地断开连接的时候，就会向遗嘱主题里面发布一条消息。遗嘱相关的设置是在建立连接的时候，在 CONNECT 数据包里面的 Variable header (可变头与) Payload (有效载荷) 中指定的。
M2M	机器对机器Machine to machine (M2M)是指数据从一台终端传送到另一台终端，也就是机器与机器的对话。M2M应用系统构成有智能化机器、M2M硬件、通信网络、中间件。M2M应用领域有家庭应用领域、工业应用领域、零售和支付领域、物流运输行业、医疗行业等。
IoT	物联网（Internet of Things，IoT）是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。
QoS	MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）中设计了保证消息稳定传输的机制，包括消息应答、存储和重传。在此机制下，提供了三种不同层次的服务质量（Quality of Service，QoS）等级： QoS0，即至多一次（At most once）。这种等级下，发送方（Sender）会尽力向接收方（Receiver）发送消息，但消息的传递流程只包括一次。如果发送失败，则不会重试。这种QoS等级适用于对消息传递可靠性要求不高，但对响应速度要求较高的场景。 QoS1，即至少一次（At least once）。这种等级下，发送方会确保消息至少被传递一次到接收方。在某些情况下，消息可能会被多次传递。接收方可以通过消息ID或其他标识符来判断是否已经接收过某个消息，从而处理重复接收的情况。这种QoS等级适用于需要确保消息被至少传递一次的场景，但允许消息的重复传递。 QoS2，即确保只有一次（Exactly once）。这种等级下，发送方会确保每个消息只被传递一次到接收方。在某些情况下，消息可能会被延迟传递。接收方可以依赖某种机制（如数据库事务）来确保某个消息的处理不会重复。这种QoS等级适用于需要确保每个消息只被传递一次的场景，并且对消息的延迟传递有一定的容忍度。 不同的QoS等级为MQTT的应用提供了不同的选择和灵活性，可以根据实际需求和网络环境来选择最合适的QoS等级。需要注意的是，QoS是Sender和Receiver之间的协议，而不是Publisher和Subscriber之间的协议。

常见问题

• 什么是 MQTT？
  

MQTT 是 IoT 连接的 OASIS 标准。它是一种发布/订阅、极其简单且轻量级的消息传递协议，专为受限设备和低带宽、高延迟或不可靠的网络而设计。设计原则是最大限度地减少网络带宽和设备资源需求，同时尝试确保可靠性和一定程度的交付保证。这些原则也使该协议成为连接设备的“物联网”世界以及带宽和电池电量非常宝贵的移动应用的理想选择。

• MQTT 是谁发明的？
  

MQTT 由 IBM 的 Andy Stanley-Clark 博士和 Arcom（现为 Eurotech）的 Arlen Nipper 于 1999 年发明。

• MQTT用在什么地方？
  

自 1999 年以来，MQTT 已在各个行业广泛实施。

• MQTT 是标准吗？
  

v5.0 和 v3.1.1 现已成为 OASIS 标准（v3.1.1 也已获得 ISO 批准）。

• 是否有可供 MQTT 使用的标准端口？
  

是的。TCP/IP 端口 1883 已由 IANA 保留用于 MQTT。TCP/IP 端口 8883 也已注册，用于通过 SSL 使用 MQTT。

• MQTT 支持安全性吗？
  

在协议 V3.1 中，您可以使用 MQTT 数据包传递用户名和密码。网络上的加密可以使用 SSL 进行处理，独立于 MQTT 协议本身（值得注意的是，SSL 不是最轻的协议，并且确实会增加大量的网络开销）。可以通过应用程序加密其发送和接收的数据来增加额外的安全性，但这不是协议内置的东西，以便保持简单和轻量级。