MQTT 協(xié)議簡介

概覽

MQTT 是一種基于發(fā)布/訂閱模式的輕量級消息傳輸協(xié)議，專門針對低帶寬和不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計，可以用極少的代碼為聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供實(shí)時可靠的消息服務(wù)。MQTT 協(xié)議廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、智能硬件、車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電力、石油與能源等領(lǐng)域。

MQTT 協(xié)議由 Andy Stanford-Clark （IBM）和 Arlen Nipper（Arcom，現(xiàn)為 Cirrus Link）于 1999 年發(fā)布。 按照 Nipper 的介紹，MQTT 必須具備以下幾點(diǎn)：

• 簡單容易實(shí)現(xiàn)
• 支持 QoS（設(shè)備網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜）
• 輕量且省帶寬（因為那時候帶寬很貴）
• 數(shù)據(jù)無關(guān)（不關(guān)心 Payload 數(shù)據(jù)格式）
• 有持續(xù)地會話感知能力（時刻知道設(shè)備是否在線）

據(jù) Arlen Nipper 在 IBM Podcast 上的自述，MQTT 原名是 MQ TT，注意 MQ 與 TT之間的空格，其全稱為: MQ Telemetry Transport，是九十年代早期他在參與 Conoco Phillips 公司的一個原油管道數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（pipeline SCADA system）時開發(fā)的一個實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。它的目的在于讓傳感器通過帶寬有限的 VSAT ，與 IBM 的 MQ Integrator 通信。由于 Nipper 是遙感和數(shù)據(jù)采集監(jiān)控專業(yè)出身，所以按業(yè)內(nèi)慣例取了 MQ TT 這個名字。

MQTT 與其他協(xié)議對比

MQTT vs HTTP

• MQTT 的最小報文僅為 2 個字節(jié)，比 HTTP 占用更少的網(wǎng)絡(luò)開銷。
• MQTT 與 HTTP 都能使用 TCP 連接，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接。
• MQTT 基于發(fā)布訂閱模型，HTTP 基于請求響應(yīng)，因此 MQTT 支持雙工通信。
• MQTT 可實(shí)時推送消息，但 HTTP 需要通過輪詢獲取數(shù)據(jù)更新。
• MQTT 是有狀態(tài)的，但是 HTTP 是無狀態(tài)的。
• MQTT 可從連接異常斷開中恢復(fù)，HTTP 無法實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。

MQTT vs XMPP

MQTT 協(xié)議設(shè)計簡單輕量、路由靈活，將在移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)消息領(lǐng)域，全面取代 PC 時代的 XMPP 協(xié)議。

• MQTT 報文體積小且編解碼容易，XMPP 基于繁重的 XML，報文體積大且交互繁瑣。
• MQTT 基于發(fā)布訂閱模式，相比 XMPP 基于 JID 的點(diǎn)對點(diǎn)消息路由更為靈活。
• MQTT 支持 JSON、二進(jìn)制等不同類型報文。XMPP 采用 XML 承載報文，二進(jìn)制必須 Base64 編碼等處理。
• MQTT 通過 QoS 保證消息可靠傳輸，XMPP 主協(xié)議并未定義類似機(jī)制。

為什么 MQTT 是適用于物聯(lián)網(wǎng)的最佳協(xié)議？

據(jù) IoT Analytics 最新發(fā)布的《2022 年春季物聯(lián)網(wǎng)狀況》研究報告顯示，到 2022 年，物聯(lián)網(wǎng)市場預(yù)計將增長 18%，達(dá)到 144 億活躍連接。

在如此大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)需求下，海量的設(shè)備接入和設(shè)備管理對網(wǎng)絡(luò)帶寬、通信協(xié)議以及平臺服務(wù)架構(gòu)都帶來了巨大的挑戰(zhàn)。對于物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議來說，必須針對性地解決物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通信的幾個關(guān)鍵問題：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜而不可靠、內(nèi)存和閃存容量小、處理器能力有限。

MQTT 協(xié)議正是為了應(yīng)對以上問題而創(chuàng)建，經(jīng)過多年的發(fā)展憑借其輕量高效、可靠的消息傳遞、海量連接支持、安全的雙向通信等優(yōu)點(diǎn)已成為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的首選協(xié)議。

輕量高效，節(jié)省帶寬

MQTT 將協(xié)議本身占用的額外消耗最小化，消息頭部最小只需要占用 2 個字節(jié)，可穩(wěn)定運(yùn)行在帶寬受限的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下。同時，MQTT 客戶端只需占用非常小的硬件資源，能運(yùn)行在各種資源受限的邊緣端設(shè)備上。

可靠的消息傳遞

MQTT 協(xié)議提供了 3 種消息服務(wù)質(zhì)量等級（Quality of Service），保證了在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下消息傳遞的可靠性。

• QoS 0：消息最多傳遞一次。
  如果當(dāng)時客戶端不可用，則會丟失該消息。發(fā)布者發(fā)送一條消息之后，就不再關(guān)心它有沒有發(fā)送到對方，也不設(shè)置任何重發(fā)機(jī)制。

• QoS 1：消息傳遞至少 1 次。
  包含了簡單的重發(fā)機(jī)制，發(fā)布者發(fā)送消息之后等待接收者的 ACK，如果沒收到 ACK 則重新發(fā)送消息。這種模式能保證消息至少能到達(dá)一次，但無法保證消息重復(fù)。

• QoS 2：消息僅傳送一次。
  設(shè)計了重發(fā)和重復(fù)消息發(fā)現(xiàn)機(jī)制，保證消息到達(dá)對方并且嚴(yán)格只到達(dá)一次。

除了 QoS 之外，MQTT 還提供了清除會話（Clean Session）機(jī)制。對于那些想要在重新連接后，收到離線期間錯過的消息的客戶端，可在連接時設(shè)置關(guān)閉清除會話，此時服務(wù)端將會為客戶端存儲訂閱關(guān)系及離線消息，并在客戶端再次上線后發(fā)送給客戶端。

海量連接支持

MQTT 協(xié)議從誕生之時便考慮到了日益增長的海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，得益于其優(yōu)秀的設(shè)計，基于 MQTT 的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及服務(wù)可輕松具備高并發(fā)、高吞吐、高可擴(kuò)展能力。

連接海量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，離不開 MQTT 服務(wù)器的支持。目前，MQTT 服務(wù)器中支持并發(fā)連接數(shù)最多的是 EMQX。最近發(fā)布的 EMQX 5.0 通過一個 23 節(jié)點(diǎn)的集群達(dá)成了 **1 億 MQTT 連接+**每秒 100 萬消息吞吐，這使得 EMQX 5.0 成為目前為止全球最具擴(kuò)展性的 MQTT 服務(wù)器。

安全的雙向通信

依賴于發(fā)布訂閱模式，MQTT 允許在設(shè)備和云之間進(jìn)行雙向消息通信。發(fā)布訂閱模式的優(yōu)點(diǎn)在于：發(fā)布者與訂閱者不需要建立直接連接，也不需要同時在線，而是由消息服務(wù)器負(fù)責(zé)所有消息的路由和分發(fā)工作。

安全性是所有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基石，MQTT 支持通過 TLS/SSL 確保安全的雙向通信，同時 MQTT 協(xié)議中提供的客戶端 ID、用戶名和密碼允許我們實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的身份驗證和授權(quán)。

在線狀態(tài)感知

為了應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的情況，MQTT 提供了**心跳保活（Keep Alive）**機(jī)制。在客戶端與服務(wù)端長時間無消息交互的情況下，Keep Alive 保持連接不被斷開，若一旦斷開，客戶端可即時感知并立即重連。

同時，MQTT 設(shè)計了遺愿（Last Will） 消息，讓服務(wù)端在發(fā)現(xiàn)客戶端異常下線的情況下，幫助客戶端發(fā)布一條遺愿消息到指定的 MQTT 主題。

另外，部分 MQTT 服務(wù)器如 EMQX 也提供了上下線事件通知功能，當(dāng)后端服務(wù)訂閱了特定主題后，即可收到所有客戶端的上下線事件，這樣有助于后端服務(wù)統(tǒng)一處理客戶端的上下線事件。

MQTT 5.0 與 3.1.1

在 MQTT 3.1.1 發(fā)布并成為 OASIS 標(biāo)準(zhǔn)的四年后，MQTT 5.0 正式發(fā)布。這是一次重大的改進(jìn)和升級，它的目的不僅僅是滿足現(xiàn)階段的行業(yè)需求，更是為行業(yè)未來的發(fā)展變化做了充足的準(zhǔn)備。

MQTT 5.0 在 3.1.1 版本基礎(chǔ)上增加了會話/消息延時、原因碼、主題別名、用戶屬性、共享訂閱等更加符合現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求的特性，提高了大型系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性與可擴(kuò)展性。目前，MQTT 5.0 已成為絕大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的首選協(xié)議，我們建議初次接觸 MQTT 的開發(fā)者直接使用該版本。

MQTT 服務(wù)器

MQTT 服務(wù)器負(fù)責(zé)接收客戶端發(fā)起的連接，并將客戶端發(fā)送的消息轉(zhuǎn)發(fā)到另外一些符合條件的客戶端。一個成熟的 MQTT 服務(wù)器可支持海量的客戶端連接及百萬級的消息吞吐，幫助物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供商專注于業(yè)務(wù)功能并快速創(chuàng)建一個可靠的 MQTT 應(yīng)用。

EMQX 是一款應(yīng)用廣泛的大規(guī)模分布式物聯(lián)網(wǎng) MQTT 服務(wù)器。自 2013 年在 GitHub 發(fā)布開源版本以來，目前全球下載量已超千萬，累計連接物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備超過 1 億臺。

感興趣的可通過如下 Docker 命令安裝 EMQX 5.0 開源版進(jìn)行體驗。

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

也可直接在 EMQX Cloud 上創(chuàng)建完全托管的 MQTT 服務(wù)。

MQTT 客戶端

MQTT 應(yīng)用通常需要基于 MQTT 客戶端庫來實(shí)現(xiàn) MQTT 通信。目前，基本所有的編程語言都有成熟的開源 MQTT 客戶端庫，你可以參考 EMQ 整理的 MQTT 客戶端庫大全選擇一個合適的客戶端庫來構(gòu)建滿足自身業(yè)務(wù)需求的 MQTT 客戶端。

MQTT 應(yīng)用開發(fā)還離不開 MQTT 測試工具的支持，一款易用且功能強(qiáng)大的 MQTT 測試工具可幫助開發(fā)者縮短開發(fā)周期，創(chuàng)建一個穩(wěn)定的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

MQTTX 是一款開源的跨平臺桌面客戶端，它簡單易用且提供全面的 MQTT 5.0 功能、特性測試，可運(yùn)行在macOS, Linux 和 Windows 上。同時，它還提供了命令行及瀏覽器版本，滿足不同場景下的 MQTT 測試需求。感興趣的可訪問 MQTTX 官網(wǎng)進(jìn)行下載試用。

以上就是今天的全部內(nèi)容了，歡迎大家下載體驗！

參考鏈接：https://www.emqx.com/zh/blog/what-is-the-mqtt-protocol#mqtt-%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E7%AE%80%E4%BB%8B文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-751342.html

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