MQTT协议

最近在看MQTT协议相关的内容，先整理收集的一些信息，以及自己的一些理解，如有错误之处，敬请纠正，有不清楚的地方，也希望能够和大家一起讨论，探讨 本篇文章，简述MQTT历史，产生所要解决的问题，以及协议的基础格式

浅谈历史

MQTT协议由Andy Stanford-Clark（IBM）和Arlen Nipper（Arcom，现为Cirrus Link）于1999年发明。他们需要一种协议，以最小化电池损耗和最小带宽，通过卫星与石油管道连接。 发明之初为协议规定了几个要求

1. 实施简单
2. 提供服务质量的数据传输
3. 轻巧和带宽高效
4. 数据不可知
5. 持续的会话意识

协议格式

MQTT协议控制报文的格式包含以下三个部分，以固定报头，可变报头和有效载荷，其中固定报文头是所有的控制报文都有， 可变报头和有效载荷都是部分控制报文包含。

固定报头

固定报头是两个字节组成，其具体的格式如下所示

控制报文类型

第一个字节的二进制位7-4无符号整数表示控制报文的类型，具体类型对应的值为

备注： 其中预留值15已经在MQTT5中使用到AUTH中了

标志

第一个字节的二进制位3-0包含每个MQTT控制报文类型特定的标志， 控制报文中的标志为必须按照如下表格进行设置，如果设置有问题，则接收者必须断开连接。

备注：从协议规范看出，目前只有PUBLISH的标志位是使用的，其他控制报文都是预留状态，但是必须保持上述表格的形式。

剩余长度

第二个字节表示当前报文剩余部分的字节数，包括可变报头和有效载荷。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的值使用单字节编码，超过128的值，最高有效未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，剩余长度字段最大4个字节。 举例：十进制64被编码为一个字节，十六进制表示为Ox40。十进制数字321被编码为两个字节，最低有效位在前，第一个字节为65+128=193，第二个字节为2。 剩余长度最大为256M的报文，而且报文是不支持分包处理的，所以MQTT协议并不适合一些数据量特别大的场景，比如视频直播等数据包比较大的场景。

可变报头

可变报头介于固定报头和有效载荷中间。不同的控制报文有着不同的可变报头，其中PacketId是一个在多个控制报文中存在一个报文。 PacketId包含两个字节，现在包含该字段的控制报文有，PUBLISH(Qos>0), PUBACK, PUBREC, PUBREL,PUBCOMP,SUBSCRIBE,SUBACK, UNSUBSCRIBE, UNSUBACK。

具体包含情况如下

注意事项

1. PUBLISH Qos0的报文是不能又packetId的。
2. 有些对应的控制报文中的packetId必须和与该控制报文绑定的其它控制报文保持一直，例如PUBLISH Qos1对应的是PUBACK，PUBLISH Qos2对应的PUBCOMP。
3. 发送者和接收者是分开维护各自的packetId,所以会出现交互双方出现相同packetId的两个不同的控制报文。
4. 关于不能有packetId的控制报文，可能是由于packetId是可以复用的，没有办法确认可以复用的场景不能使用报文，比如Qos0的PUBLISH报文，由于没有回应，所以发送者无法得知packetId何时可以释放复用，故不允许存在该字段。

有效载荷

有效载荷即为应用消息。 目前MQTT3.1.1中包含如下的控制报文CONNECT,CONNACK,PUBLISH,PUBACK，PUBREC,PUBREL,PUBCOMP,SUBSCRIBE,SUBACK,UNSUBSCRIBE,UNSUBACK,PINGREQ,PINGRESP,DISCONNECT的协议，关于这些协议的具体格式，使用场景等将在后续的文章中给出解释。

总结

1. MQTT是二进制的协议，控制字段是精确到Bit级别的，单纯这一点就足以为其在物联网领域占据一席之地。
2. MQTT是不支持分包等机制，并不适宜一些数据包特别大的应用场景。