相关文章

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2.《MQTT协议分析总结（二）》
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1.前言

MQTT 3 （当前版本3.1.1）是目前使用的最为广泛的MQTT协议标准。尽管MQTT 5标准已经发布，并且带来了一些令人振奋的新特性，但是在整个应用场景上，业界从版本 3 到 5 的过渡可能会持续一段时间。MQTT最大的优点在于可以以极少的代码和有限的带宽，为远程设备提供实时可靠的消息服务。做为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，MQTT在物联网、小型设备、移动应用等方面有广泛的应用。

2.MQTT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）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，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：

• （1）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）；
• （2）payload，可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容
  

3.MQTT 控制报文格式

MQTT协议工作在TCP之上，端和代理之间通过交换预先定义的控制报文来完成通信。MQTT报文有 3 个部分组成，并按下表顺序出现：

3.1 固定报头的格式

• MQTT控制报文的类型

• 剩余长度
  位置： 从第2个字节开始。

  剩余长度（Remaining Length） 表示当前报文剩余部分的字节数，包括可变报头和负载的数据。剩余长度不包括用于编码剩余长度字段本身的字节数。

  剩余长度字段使用一个变长度编码方案，对小于128的值它使用单字节编码。更大的值按下面的方式处理。低7位有效位用于编码数据，最高有效位用于指示是否有更多的字节。因此每个字节可以编码128个数值和一个延续位（continuation bit）。剩余长度字段最大4个字节。

分别表示（每个字节的低7位用于编码数据，最高位是标志位）：

• 1个字节时，从0(0x00)到127(0x7f)
• 2个字节时，从128(0x80,0x01)到16383(0Xff,0x7f)
• 3个字节时，从16384(0x80,0x80,0x01)到2097151(0xFF,0xFF,0x7F)
• 4个字节时，从2097152(0x80,0x80,0x80,0x01)到268435455(0xFF,0xFF,0xFF,0x7F)

非负整数X使用 变长编码方案 的算法如下：

   do
  encodedByte = X MOD 128
  X = X DIV 128
 // if there are more data to encode, set the top bit of this byte
 if ( X > 0 )
     encodedByte = encodedByte OR 128
 endif
     'output' encodedByte
while ( X > 0 )

MOD是模运算，DIV是整数除法，OR是位操作或（C语言中分别是%，/，|）

对应的C语言代码如下：

/**
 * Encodes the message length according to the MQTT algorithm
 * @param buf the buffer into which the encoded data is written
 * @param length the length to be encoded
 * @return the number of bytes written to buffer
 */
int MQTTPacket_encode(unsigned char* buf, int length)
{
	int rc = 0;

	FUNC_ENTRY;
	do
	{
		char d = length % 128;
		length /= 128;
		/* if there are more digits to encode, set the top bit of this digit */
		if (length > 0)
			d |= 0x80;
		buf[rc++] = d;
	} while (length > 0);
	FUNC_EXIT_RC(rc);
	return rc;
}

剩余长度字段的 变长解码方案 算法如下：

multiplier = 1
value = 0
do
      encodedByte = 'next byte from stream'
      value += (encodedByte AND 127) * multiplier
      if (multiplier > 128*128*128)
        throw Error(Malformed Remaining Length)
      multiplier *= 128
while ((encodedByte AND 128) != 0)

AND是位操作与（C语言中的&）
这个算法终止时，value包含的就是剩余长度的值。

对应的C语言代码如下：

/**
 * Decodes the message length according to the MQTT algorithm
 * @param getcharfn pointer to function to read the next character from the data source
 * @param value the decoded length returned
 * @return the number of bytes read from the socket
 */
int MQTTPacket_decode(int (*getcharfn)(unsigned char*, int), int* value)
{
	unsigned char c;
	int multiplier = 1;
	int len = 0;
#define MAX_NO_OF_REMAINING_LENGTH_BYTES 4

	FUNC_ENTRY;
	*value = 0;
	do
	{
		int rc = MQTTPACKET_READ_ERROR;

		if (++len > MAX_NO_OF_REMAINING_LENGTH_BYTES)
		{
			rc = MQTTPACKET_READ_ERROR;	/* bad data */
			goto exit;
		}
		rc = (*getcharfn)(&c, 1);
		if (rc != 1)
			goto exit;
		*value += (c & 127) * multiplier;
		multiplier *= 128;
	} while ((c & 128) != 0);
exit:
	FUNC_EXIT_RC(len);
	return len;
}

3.2 可变报头

某些MQTT控制报文包含一个可变报头部分。它在固定报头和负载之间。可变报头的内容根据报文类型的不同而不同。可变报头的报文标识符（Packet Identifier）字段存在于在多个类型的报文里。

备注：可变报头不仅指报文标识符，下面只是用它来举例。MQTT 报文类型的不同，就有不同的可变报头。

报文标识符字节，如下:

很多控制报文的可变报头部分包含一个两字节的报文标识符字段。需要报文标识符的控制报文在下面的表格中列出：

客户端和服务端彼此独立地分配报文标识符。因此，客户端服务端组合使用相同的报文标识符可以实现并发的消息交换。举例如下：

3.3 有效载荷 Payload

某些MQTT控制报文在报文的最后部分包含一个有效载荷，对于PUBLISH来说有效载荷就是应用消息。

有效载荷的控制报文 Control Packets that contain a Payload

4.MQTT 控制报文

具体的每个报文在下面的文章中介绍：《MQTT协议分析总结（二）》

5.参考资料

MQTT 5.0协议中文版：
https://github.com/twoFiveOneTen/MQTT_V5
MQTT Version 5.0：
http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v5.0/cs02/mqtt-v5.0-cs02.htm
MQTT 3.1.1协议中文版：
https://github.com/mcxiaoke/mqtt
MQTT Version 3.1.1：
http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/os/mqtt-v3.1.1-os.html

最后

以上就是怕黑台灯为你收集整理的MQTT协议分析总结（一）相关文章1.前言2.MQTT协议实现方式3.MQTT 控制报文格式4.MQTT 控制报文5.参考资料的全部内容，希望文章能够帮你解决MQTT协议分析总结（一）相关文章1.前言2.MQTT协议实现方式3.MQTT 控制报文格式4.MQTT 控制报文5.参考资料所遇到的程序开发问题。

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