MQTT-v5.0协议介绍

MQTTv5.0协议介绍Jade2020/02目录概述MQTT控制包MQTT交互流程订阅通配符前言本胶片描述MQTTv5.0协议基于2019年3月7号版本协议链接：本胶片可作为正式规范的导读和参考材料，也可作为规范的速查手册概述MQTT是Client和Server间基于订阅、发布的消息通讯协议，它是一个轻量级、开放、简单并且易于实现的协议。基于这样的特性，使其可以适用于资源受约束的环境，比如IoT/M2M等要求更小的代码空间、更低或更宝贵的网络带宽等场景下的应用MQTT需要运行在TCP/IP或其他能够提供有序、无损、双向字节流传输的协议之上MQTT核心功能采用订阅/发布消息传递机制，为应用消息提供了一对多的消息传输通道提供3种QoS等级的消息交付服务至多一次至少一次仅有一次较小的头部开销和协议交换开销，最小化网络流量提供遗嘱机制协议栈说明MQTT可以基于TCP和WebSocket（MQTTv5.0引入）MQTT的TCP端口为8883(TLS)和1883MACIPHTTP/HTTPsWebSocketMQTTTCPServerAPPClientAPP术语NetworkConnection：网络连接：MQTT依赖的为Client和Server提供有序、无损、双向字节流的连接ApplicationMessage：应用消息：作为MQTT协议的载荷，由几个部分构成：载荷、QoS、属性集合、主题名称Client：客户端：MQTT的参与方之一，主要功能：打开到Server的网络连接发布其他Client感兴趣的应用消息（以主题标识）订阅自身感兴趣的应用消息取消订阅自身感兴趣的应用消息关闭到Server的网络连接Server：服务端：MQTT的参与方之一，主要功能：接收来自Client的网络连接接收Client感兴趣的应用消息（以主题标识）处理来自Client的订阅、取消订阅请求为Client转发其订阅的应用消息关闭与Client的网络连接术语Session：会话：Client和Server端之间有状态的交互，有些Session随着网络连接（NetworkConnection）的关闭而结束；而有的Session可以跨多个网络连接存在，换句话说，即使Client和Server间的网络连接断开，但是双方仍然各自保存着会话状态Subscription：订阅：订阅由一个主题过滤器(TopicFilter)和最大的QoS等级组成，Session与订阅是一对多的关系，每个订阅只能属于一个session，而一个session可以包含多个订阅SharedSubscription：共享订阅：基本概念同订阅，MQTTv5.0引入，区别在于共享订阅用于在一个/类应用消息在多个订阅者之间的负载均衡，而订阅会个所有订阅者都发送应用消息WildcardSubscription：野匹配订阅：订阅中的主题过滤器包含一个或多个通配符，从而可以匹配多个主题。通配符与正则表达式的通配符含义类似，但是语法上存在差异，只存在3个通配符TopicName：主题：应用消息的标识，以便Server将应用消息和Client订阅中的主题过滤器相匹配TopicFilter：主题过滤器：订阅中关于Client感兴趣的主题的表达式，可以包括通配符，即订阅过滤器可以通过通配符同时匹配多个主题MQTTControlPacket：MQTT控制包：协议定义的Client和Server间的交互报文WillMessage：遗嘱：当Client的连接非正常断开时，由Server为Client发布的临终遗言目录概述MQTT控制包介绍MQTT交互流程主题通配符MQTT控制包MQTT控制包是Client和Server交互的协议报文，规范定义了15个控制包控制包名称类型方向描述Reserved0Forbidden保留CONNECT1Client-Server连接请求CONNACK2Server-Client连接确认PUBLISH3Both发布消息PUBACK4Both发布确认(QoS1)PUBREC5Both发布收到(QoS2deliverypart1)PUBREL6Both发布释放(QoS2deliverypart2)PUBCOMP7Both发布完成(QoS2deliverypart3)SUBSCRIBE8Client-Server订阅请求SUBACK9Server-Client订阅确认UNSUBSCRIBE10Client-Server取消订阅UNSUBACK11Server-Client取消订阅确认PINGREQ12Client-ServerPING请求PINGRESP13Server-ClientPING确认DISCONNECT14Both断开通知AUTH15Both认证交换控制包整体结构控制包结构固定头（必选）可变头（可选，由控制包类型决定）载荷（可选，由控制包类型决定）FixedHeader固定头部分，出现在所有控制包中VariableHeader：可变头部分，出现在特定控制包中Payload载荷，出现在特定控制包中控制包整体结构控制包固定头固定头结构控制包类型：BIT4-BIT7Flags：由控制包类型决定（见下页）控制包剩余长度：随后的可选的可变头和载荷的长度，可以取值为0Bit76543210byte1Type：控制包类型Flags：不同控制包的特定FLAGbyte2…控制包剩余长度固定头固定头Flags关于PUBLISH的FlagsDUP：PUBLISH包的重传标志（见备注）QoS：PUBLISH控制包的QoS等级RETAIN：标识本次发布的应用消息是否是保留消息（见备注）固定头Flags取值取决于控制包类型控制包固定头FlagsBit3Bit2Bit1Bit0CONNECTReserved0000CONNACKReserved0000PUBLISHv5.0DUPQoSRETAINPUBACKReserved0000PUBRECReserved0000PUBRELReserved0010PUBCOMPReserved0000SUBSCRIBEReserved0010SUBACKReserved0000UNSUBSCRIBEReserved0010UNSUBACKReserved0000PINGREQReserved0000PINGRESPReserved0000DISCONNECTReserved0000AUTHReserved0000控制包可变头可变头结构可变头的内容不是固定的，其特定于消息类型其中封包标识(PacketIdentifier)会出现在大部分的控制包中（见封包标识页）可变头一般都包括一组属性（Properties）字段（见属性下页）应答封包可变头中一般包含原因码字段（见下页）可变头-封包标识封包标识/属性与控制包映射关系封包标识：是2个字节的无符号整数，用于Client和Server匹配一次控制包交互事物（注意协议并未定义事物的概念，用于匹配请求和应答控制包）控制包类型封包标识属性CONNECTNOYESCONNACKNOYESPUBLISHYes(QoS大于0)YESPUBACKYESYESPUBRECYESYESPUBRELYESYESPUBCOMPYESYESSUBSCRIBEYESYESSUBACKYESYESUNSUBSCRIBEYESYESUNSUBACKYESYESPINGREQNONOPINGRESPNONODISCONNECTNOYESAUTHNOYES可变头-属性属性属性特定于不同控制包，见上页规范定义的属性集合见下页不同控制包可能包含一组属性集，属性为LV格式，属性集定义：属性集长度属性（可能有多个）属性的Length属性的Value可变头-属性集属性与控制包映射关系标识名字类型封包/遗嘱消息属性DecHex10x01PayloadFormatIndicatorBytePUBLISH,WillProperties20x02MessageExpiryInterval四字节整数PUBLISH,WillProperties30x03ContentTypeUTF-8编码字符串PUBLISH,WillProperties80x08ResponseTopicUTF-8编码字符串PUBLISH,WillProperties90x09CorrelationDataBinaryDataPUBLISH,WillProperties110x0BSubsriptionIdentifier变长整数PUBLISH,SUBSCRIBE170x11SessionExpiryInterval四字节整数CONNECT,CONNACK,DISCONNECT180x12AssignedClientIdentifierUTF-8编码字串CONNACK190x13ServerKeepAlive2字节整数CONNACK210x15AuthenticationMethodUTF-8编码字串CONNECT,CONNACK,AUTH220x16AuthenticationDataBinaryDataCONNECT,CONNACK,AUTH230x17RequestProblemInformationByteCONNECT240x18WillDelayInterval四字节整数WillProperties250x19RequestResponseInformationByteCONNECT260x1AResponseInformationUTF-8编码字串CONNACK280x1CServerReferenceUTF-8编码字串CONNACK,DISCONNECT310x1FReasonStringUTF-8编码字串CONNACK,PUBACK,PUBREC,PUBREL,PUBCOMP,SUBACK,UNSUBACK,DISSCONNECT,AUTH330x21ReceiveMaxinum两字节整数CONNECT,CONNACK340x22TopicAliasMaxinum两字节整数CONNECT,CONNACK350x23TopicAlias两字节整数PUBLISH360x24MaximumQoSByteCONNACK370x25RetainAvailableByteCONNACKS380x26UserPropertyUTF-8字串对CONNECT,CONNACK,PUBLISH,WillProperties,PUBACK,PUBREC,PUBREL,PUBCOMP,SUBSCRIBE,SUBACK,UNSUBSCRIBE,UNSUBACK,DISCONNECT,AUTH390x27MaximumPacketSize四字节整数CONNECT,CONNACK400x28WildcardSubscriptionAvailableByteCONNACK410x29SubscriptionIdentifierAvailableByteCONNACK420x2ASharedSubscritionAvailabeByteCONNACK可变头-原因码原因码原因字名字封包DecHex00x00SuccessCONNACK,PUBACK,PUBREC,PUBREL,PUBCOMP,UNSUBACK,AUTH00x00NormaldisconnectionDISCONNECT00x00GrantedQoS0SUBACK10x01GrantedQoS1SUBACK20x02GrantedQoS2SUBACK40x04DisconnectwithWillMessageDISCONNECT160x10Nomatchings