物联网协议——MQTT协议与EMQX

目录

1.MQTT介绍：

1.1MQTT：

2.MQTT协议主要特性：

3.MQTT协议原理：

3.1MQTT协议实现方式 

3.2.MQTT客户端

3.3MQTT服务端

 3.4发布/订阅、主题

3.5MQTT协议中的动作

4.MQTT协议数据包

固定头：

可变头：

消息体：

  MQTT通信过程与QoS：

QoS 0:

Qos 1：

Qos 2：

EMQX：

EMQX概述：

EMQX特点：

EMQX Dashboard:

1.启动：

2.认证

认证方式：

认证结果：

匿名认证：

Username 认证：

哈希方法：

预设认证数据：

配置文件预设认证数据：

HTTP API 管理认证数据：

总结：

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1.MQTT介绍：

        随着 5G 时代的来临，万物物联的伟大构想正在成为现实。联网的物联网设备在 2018 年已经达到了 70 亿， 在未来两年，仅智能水电气表就将超过10亿

海量的设备接入和设备管理对网络带宽、通信协议以及平台服务架构都带来了很大挑战。对于物联网协议来说，必须针对性地解决物联网设备通信的几个关键问题：其网络环境复杂而不可靠、其内存和闪存容量小、其处理器能力有限，MQTT协议应运而生。

MQTT 是基于 Publish/Subscribe 模式的物联网通信协议，凭借简单易实现、支持 QoS、报文小等特点，占据了物联网协议的半壁江山：

1.1MQTT：

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。MQTT最大 优点在于，可以以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。作为一种低开销、低带宽 占用的即时通讯协议，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是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这 些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网 （IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

2.MQTT协议主要特性：

（1）开放消息协议，简单易实现。

（2）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。

（3）对负载（协议携带的应用数据）内容屏蔽的消息传输。

（4）基于TCP/IP网络连接,提供有序，无损，双向连接。 主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的。

（5）消息服务质量（QoS）支持，可靠传输保证；有三种消息发布服务质量：

QoS0："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。这一种方式主要普通APP的 推送，倘若你的智能设备在消息推送时未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了。

QoS1："至少一次"，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

QoS2："只有一次"，确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别。在计费 系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的 推送，确保用户收到且只会收到一次。

（6）1字节固定报头，2字节心跳报文，最小化传输开销和协议交换，有效减少网络流量。

（7）在线状态感知：使用Last Will和Testament特性通知有关各方客户端异常中断的机制。

3.MQTT协议原理：

3.1MQTT协议实现方式 

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者 （Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。   

MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分，其中的负载就是所要发送的内容。

MQTT会构建底层网络传输，它将建立客户端到服务端的连接，在两者之间提供一个有序的、基于字节流的双向传输通道。之后会把相关的服务质量（QoS）与主题（Topic）相关联。

3.2.MQTT客户端

一个使用MQTT协议的应用程序或者设备它总是建立到服务端的网络连接，一个MQTT客户端可以进行如下操作：

（1）发布其他客户端可能会订阅的信息；

（2）订阅其它客户端发布的消息；

（3）退订或删除应用程序的消息；

（4）断开与服务器连接。

3.3MQTT服务端

MQTT服务端也就是服务器也称为"消息代理"（Broker）,可以是一个应用程序或者是一台设备，它位于消息的发布者跟订阅者之间，它可以进行如下操作：

（1）接受来自客户的网络连接；

（2）接受客户发布的应用信息；

（3）处理来自客户端的订阅和退订请求；

（4）向订阅的客户转发应用程序消息。

 3.4发布/订阅、主题

MQTT 是基于 发布(Publish)/订阅(Subscribe) 模式来进行通信及数据交换的，与 HTTP的 请求(Request)/应答(Response) 的模式有本质的不同。

订阅者(Subscriber) 会向 消息服务器(Broker) 订阅一个 主题(Topic) 。成功订阅后，消息服务器会将该主题下的消息转发给所有的订阅者。

主题(Topic)以 ‘/’ 为分隔符区分不同的层级。包含通配符 ‘+’ 或 ‘#’ 的主题又称为 主题过滤器(Topic Filters); 不 含通配符的称为 主题名(Topic Names) 例如:

chat/room/1
 
sensor/10/temperature
 
sensor/+/temperature
 
$SYS/broker/metrics/packets/received
 
$SYS/broker/metrics/#

+': 表示通配一个层级，例如a/+，匹配a/x, a/y
 
'#': 表示通配多个层级，例如a/#，匹配a/x, a/b/c/d
 
注: ‘+’ 通配一个层级，’#’ 通配多个层级(必须在末尾)。

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