MQTT协议与EMQ

MQTT协议简介

简介

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，该协议构建与TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。MQTT最大的优点在于，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为广泛的应用。
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。这些特点使他适用范围非常广泛。在很多情况下，包含首先的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其他，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型设备中广泛应用。

MQTT协议设计规范

由于物联网的环境非常特别的，所以MQTT遵循以下设计原则：

1. 精简，不添加可有可无的的功能
2. 发布/订阅模式，方便消息在传感器之间传递，解耦Client/Server模式，带来的好处在于不必预先知道对方存在（IP/Port），不必同时运行
3. 允许用户动态创建主题（不需要预先创建主题），零运维成本
4. 把传输量降到最低以提高传输效率
5. 把低带宽、高延迟、不稳定的网络等因素考虑在内
6. 支持连续会话保持和控制（心跳）
7. 理解客户端计算能力可能很低
8. 提供服务质量（Quality of service ：Qos）管理
9. 不强求传输数据的类型与格式，保持灵活（只应用业务数据）

MQTT协议主要特性

MQTT协议工作在低带宽、不可靠的网络远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有一些主要特性：

1. 开放消息协议，简单实现
2. 使用发布/订阅模式，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、无损的双向连接
   主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的，但是同样有基于UDP的版本，叫做MQTT—SN。这两种版本由于基于不同的连接方式，优缺点自然也就各有不同了
5. 消息服务质量（Qos）支持，可靠传输保证：有三种发布服务质量

• QoS1:“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，因为不久还会有第二次发送，这种方式主要普通的APP的推送，倘若您的智能设备在消息推送未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了
• QoS2:“至少一次”,确保消息到达，但消息重复可能会发生
• QoS3:“只有一次”，确保消息到达一次 。在一些重要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，确保用于只会收到一次

6. 1字节固定报头，2字节心跳报文，最小传输开销和协议交换，有效减少网络流量
   这就是为什么在介绍里说他非常适合“在物联网领域，传感器与服务器的通信，信息的收集，要知道嵌入式设备的运算能力和带宽都相对薄弱”，使用这种协议来传递消息在适合不过了
7. 在线状态感知：使用Last Will和Testament特性和通知有关各方客户端异常终端的机制
   Last Will：遗言机制，用于通知同一主题下的其他设备，发送遗言的设备已经断开了连接
   Testament： 遗嘱机制，功能类似于Last Will

应用

MQTT协议广泛应用于物联网、移动物联网、智能硬件、车联网、电力能源等领域

• 物联网M2M通信，物联网大数据采集
• Android消息的推送，Web消息推送
• 移动即时消息，例如Facebook Messager
• 智能硬件、智能家居、智能电器
• 车联网通信，电动车站桩采集
• 智慧城市、远程医疗、远程教育
• 电力、石油与能源等行业市场

MQTT协议原理

MQTT协议实现方式

实现MQTT协议需要客户端和服务器通讯完成，在通许过程中，MQTT协议有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）、订阅着（Subsscribe），其中，消息的发布者和订阅着都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者
MQTT 传输的消息分为 主题（Topic）和负载（payload）两部分：

• Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息内容（payload）
• payload，可以理解为消息内容，是指订阅者具体要使用的内容

网络传输与应用消息

MQTT会构建底层网络传输：他将建立客户端到服务器的连接，提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输
当应用数据通过MQTT网络发送时，MQTT会把与之相关的服务质量（Qos）和主题名（Topic）相关联

MQTT客户端

一个使用MQTT协议的应用程序或者设备，他总是建立到服务器的网络连接。客户端可以：

1. 发布其他客户端可能会订阅的信息
2. 订阅其他客户端发布的消息
3. 退订或删除应用程序的消息
4. 断开与服务器连接

MQTT服务端

MQTT服务器又称为“消息代理”（Broker），可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅着之间，他可以

1. 接受来自客户的网络连接
2. 接受客户发布的应用消息
3. 处理来自客户端的订阅和退订请求
4. 想订阅的客户转发应用程序消息

发布/订阅、主题、会话

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
订阅者会向消息服务器订阅一个主题。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；不含通配符的成为主题名

MQTT协议中的方法

MQTT协议中定义了一些方法（又称为动作），对于表示对确定资源所进行操作。这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据，这取决于服务器的实现。通常来说，资源只服务器上的文件或输出。主要方法：

1. CONNECT： 客户端连接到服务器
2. CONNACT： 连接确认
3. PUBLISH： 发布消息
4. PUBACK： 发布确认
5. PUBREC： 发布的消息已接受
6. PUBREL： 发布的消息已释放
7. PUBCOMP： 发布完成
8. SUBSCRIBE： 订阅请求
9. SUBACK： 订阅确认
10. UNSUBSCRIBE： 取消订阅
11. UNSUBACK： 取消订阅确认
12. PINGREQ：客户端发送心跳
13. PINGRESP：客户端心跳响应
14. DISCONNECT： 断开连接
15. AUTI： 认证

MQTT协议数据包结构

MQTT协议中，一个MQTT数据包由：固定头，可变头，消息体构成，MQTT数据包结构如下：

1. 固定头：存在于所有的MQTT数据包中，表示数据包类型及数据包的分组类标识，如连接，发布，订阅，心跳等，其中固定头是必须的，所有类型的MQTT协议中，都必须包含固定头
2. 可变头：存在于部分MQTT数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容。可变头不是可选的意思，而是指这部分再有协议类型中存在，在有些协议类型中不存在
3. 消息体：存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到具体内容。与可变头一样，在有些协议类型中有消息内容，有些协议类型中没有消息内容

EMQX简介

MQTT属于物联网的通信协议，在MQTT协议中有两大角色：客户端（发布者/订阅者），服务器（MQTT broker）；针对客户端和服务端需要遵循该协议的具体实现，EMQ/EMQX就是MQTT Broker的一种实现。
EMQ官网： https://www.emqx.io/cn/

EMQ X是什么

EMQ X基于Erlang/OTP 平台开发的MQTT消息服务器，是开源社区中最流行的MQTT消息服务器，
EMQ X是开源百万级分布式的MQTT消息服务器（MQTT Messaging Broker），用于支持各种标准MQTT协议的设备，实现从设备端到服务器端的消息传递，以及从服务器端到设备端的设备控制消息转发。从而实现物联网设备的数据采集，和对设备的操作和控制

EMQ X与物联网平台的关系是什么

典型的物联网平台包括设备硬件、数据采集、数据存储、分析、Web/移动应用。EMQ X位于数据采集这一层，分别与硬件和数据存储、分析进行交互，是物联网平台的核心；前端硬件通过MQTT协议与位于数据采集层的EMQ X交互，通过EMQ X将数据采集后，通过EMQ X提供数据接口，将数据保存到后台的持久化平台中（各种关系型数据库和NOSQL数据库），或者流失处理框架等，上层应用通过这些数据分析后得到的结果呈现给最终用户

Docker安装

拉取： docker pull emqx/emqx:latest
运行：

docker run -d --name emqx -p 1883:1883 -p 8081:8081 -p 8083:8083 -p 8084:8084 -p 8883:8883 -p 18083:18083 emqx/emqx:latest

访问emqt的web管理页面
http://127.0.0.1:18083

#账号： admin

#密码: public

端口

	1883：MQTT 协议端口
	
	8883：MQTT/SSL 端口
	
	8083：MQTT/WebSocket 端口
	
	8080：HTTP API 端口
	
	18083：Dashboard 管理控制台端口

基本命令

如果采用的是非docker部署的，那么EMQX提供了一些常用的命令行工具，方便用户对EMQ X进行启动，关闭、进入控制台等操作

• emqx start
  后台启动EMQ X Broker
• emqx stop
• emqx restart
• emqx console
  使用控制台启动EMQX Broker
• emqx foreground
  使用控制台启动EMQ XBroker，与 emqx console不同，emqx foreground不支持输入Erlang命令
• emqx ping
  Ping EMQ X Broker

客户端websocket消息收发

在EMQ XBroker提供了Dashboard中的 Tools 导航下的websocket 页面提供了一个简易但有效的webSocket客户端工具，它包含了连接、订阅、和发布功能，同时还能查看自己发送和接受的报文数据。

最后

以上就是瘦瘦唇彩为你收集整理的MQTT协议与EMQMQTT协议与EMQ的全部内容，希望文章能够帮你解决MQTT协议与EMQMQTT协议与EMQ所遇到的程序开发问题。

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