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深度剖析MQTT协议的整个通信流程

归档日期:05-27       文本归类:泛型接口      文章编辑:爱尚语录

  MQTT,目前物联网的最主要的协议,基本所有收费的云平台都是基于MQTT协议,比如机智云,和所有的开放云平台比如中国移动的oneNet、百度的云平台也都支持MQTT的接入。虽然MQTT很火,但是目前对MQTT的很少,尤其是在如何移植到嵌入式上来。大部分的平台商的做法都是跟模块商合作把MQTT协议集成到WiFi模块跟GPRS模块里面,捆绑一销售,不让用户过多的了解物联网最核心的东西。

  在还没有深入去了解MQTT协议之前,总以为是非常复杂的东西,毕竟之前一直想深入,但无奈在浩淼的网络里居然找不到太多实质的资料。随时自己对物联网的不断探索,越来越了解整个物联网的架构,对MQTT了解越来越深入。在这篇文章中将带大家先了解MQTT的协议,在后面的文章,再带大家怎么移植MQTT到STM32上,再到怎么搭建自己的MQTT服务器。

  MQTT的基础知识这些大家通过百度知道都可以了解到,这里主要深入去剖析MQTT协议的整个通信流程。但是如果只是看文字话,大家很难理解。因此我们借助Windows下的MQTT客户端MQTT.fx跟网络抓包工具Wireshark来一步步分析MQTT。

  上面是MQTT的主要的通信协议,MQTT是基于TCP长连接,首先是先跟MQTT服务器建立TCP连接,然后发送登录请求,要保持长连接,还要定时发心跳包跟服务保持连接。我们先用MQTT.fx来登录开源的MQTT服务看看。

  安装好MQTT.fx(注意MQTT.fx是java开发的,电脑要安装JDK才能安装打开),一打开里面就默认有一个开源的MQTT服务M2M Eclipse。点开旁边的齿轮(设置按钮)可以看服务器的域名端口号1833(MQTT的默认端口号),下面还有个Keep Alive Interval就是心跳的时间。再打开Wireshark,选择要捕获的网络接口,然后再过滤器输入tcp.port==1883后回车,只捕获1883这个端口号的数据包。再点下MQTT.fx的Connect连接服务器,就可以看到Wireshark捕到的数据

  可以看到MQTT协议中本地给服务器发送了一个Connect登录请求,然后,服务器回应一个ACK,表示登录成功。再双击Connect Command这条数据包,我们可以看到详细的数据包数据

  上面的解析出来的MQTT协议包的内部,下面是对应的二进制数据,这里我们可以对照附件上资料去了解协议的内容。看这里,大家想是不是如果自己用TCP,再封装发送下面的二进制数据就可以完成MQTT的登录了呢?拿出网络调试助手来,ping下到IP地址,用端口号1883连接,然后发送Wireshark捕到的MQTT登录协议的二进制数据,可以看到到服务器回应了20 02 00 00表示登录成功。

  再往下Wireshark捕到的数据包,可以看到每隔一定的时间,本地向服务器发送Ping Request心跳包,相应的服务器也会回应Ping Response。

  接下来看MQTT最核心的传输协议Subcribe(定阅)和Publish(推送)。简单来说就是客户端口(比如物联网硬件)Subcribe一个topic(主题)后,其它的客户端(比如手机)向服务器往这个topic推送Payload(有效数据),服务器就会把Payload转发给定阅这个topic的客户端(硬件)。

  这样就实现了客户端(手机)通过服务器(MQTT)远程发送数据给客户端(物联网硬件)。一样用MQTT.fx来实验。先点Subscribe然后面下面输入led再点旁边的Subscribe按钮来定阅led这个topic。然后回到Publish,一样在输入框输入led这个topic,下面大框就是输入要推送的数据,输入on,再点Publish按钮,就把数据推送出去了。再回到Subcribe界面来可以看到右边已经收到有推送过来的数据。如果这是硬件收到这个指令,就可以去控制点亮LED,我们就实现远程控制LED灯。

  想深入了解MQTT这一个过程的话,我们再回到Wireshark,来看看捕获到的数据

  最后来了解下QoS(定阅等级),分0、1、2三个等级,简单来说是等级越高越可靠。QoS0,就是推送之后就完事了,至于对方有没有收到,收到是什么,数据有没有丢失,都不管。

  QoS1的话就是你收到推送后,你还得返回一个puback给对方,告诉对方收到了,不然对方会以为你没收到,隔一段时间后重新给你推送,直到你给对方返回一个Puback为止。

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