MQTT 连接过程

MQTT 连接由客户端向服务器端发起。

任何运行了 MQTT 客户端库的程序或设备都是一个 MQTT 客户端,而 MQTT 服务器 负责接收客户端发起的连接,并将客户端发送的消息转发到另外一些符合条件的客户端。

客户端与服务器建立网络连接后,需要先发送一个 CONNECT 数据包给服务器。

服务器收到 CONNECT 包后会回复一个 CONNACK 给客户端,客户端收到 CONNACK 包后表示 MQTT 连接建立成功。

如果客户端在超时时间内未收到服务器的 CONNACK 数据包,就会主动关闭连接。

大多数场景下,MQTT 通过 TCP/IP 协议 进行网络传输,但是 MQTT 同时也支持通过 WebSocket 或者 UDP 进行网络传输。

MQTT over TCP

TCP/IP 应用广泛,是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。它通过 ACK 确认和重传机制,能够保证发送的所有字节在接收时是完全一样的,并且字节顺序也是正确的。

MQTT 通常基于 TCP 进行网络通信,它继承了 TCP 的很多优点,能稳定运行在低带宽、高延时、及资源受限的环境下。

MQTT over WebSocket

很多物联网应用需要以 Web 的方式被使用,比如很多设备监控系统需要使用浏览器实时显示设备数据。但是浏览器是基于 HTTP 协议传输数据的,也就无法使用 MQTT over TCP。

MQTT 协议在创建之初便考虑到了 Web 应用的重要性,它支持通过 MQTT over WebSocket 的方式进行 MQTT 通信。

MQTT 连接参数

连接地址

MQTT 的连接地址通常包含 :服务器 IP 或者域名、服务器端口、连接协议。

基于 TCP 的 MQTT 连接

mqtt 是普通的 TCP 连接,端口一般为 1883。

mqtts 是基于 TLS/SSL 的安全连接,端口一般为 8883。

比如 mqtt://broker.emqx.io:1883 是一个基于普通 TCP 的 MQTT 连接地址。

基于 WebSocket 的连接

ws 是普通的 WebSocket 连接,端口一般为 8083。

wss 是基于 WebSocket 的安全连接,端口一般为 8084。

当使用 WebSocket 连接时,连接地址还需要包含 Path,EMQX 默认配置的 Path 是 /mqtt。比如 ws://broker.emqx.io:8083/mqtt 是一个基于 WebSocket 的 MQTT 连接地址。

Client ID

MQTT 服务器使用 Client ID 识别客户端,连接到服务器的每个客户端都必须要有唯一的 Client ID。Client ID 的长度通常为 1 至 23 个字节的 UTF-8 字符串。

如果客户端使用一个重复的 Client ID 连接至服务器,将会把已使用该 Client ID 连接成功的客户端踢下线。 g

Username & Password

MQTT 协议基于用户名和密码来进行相关的认证和授权,但是如果此信息未加密,则用户名和密码将以明文方式传输。如果设置了用户名与密码认证,那么最好要使用 mqtts 或 wss 协议。

大多数 MQTT 服务器默认为匿名认证,匿名认证时用户名与密码设置为空字符串即可。

Connect Timeout

连接超时时长,收到服务器连接确认前的等待时间,等待时间内未收到连接确认则为连接失败。

Keep Alive

保活周期,是一个以秒为单位的时间间隔。客户端在无报文发送时,将按 Keep Alive 设定的值定时向服务端发送心跳报文,确保连接不被服务端断开。

在连接建立成功后,如果服务器没有在 Keep Alive 的 1.5 倍时间内收到来自客户端的任何包,则会认为和客户端之间的连接出现了问题,此时服务器便会断开和客户端的连接。

Clean Session

Clean Session 为 false 时表示创建一个持久会话,在客户端断开连接时,会话仍然保持并保存离线消息,直到会话超时注销;为 true 时表示创建一个新的临时会话,在客户端断开时,会话自动销毁。

持久会话避免了客户端掉线重连后消息丢失,也避免了客户端连接后重复的订阅开销。这一功能在带宽小,网络不稳定的物联网场景中非常实用。

服务器为持久会话保存的消息数量取决于服务器的配置。

注意: 持久会话恢复的前提是客户端使用固定的 Client ID 再次连接,如果 Client ID 是动态的,那么连接成功后将会创建一个新的持久会话。

Last Will

遗嘱消息是 MQTT 为那些可能出现意外断线的设备提供的将遗嘱优雅地发送给其他客户端的能力。设置了遗嘱消息消息的 MQTT 客户端异常下线时,MQTT 服务器会发布该客户端设置的遗嘱消息。

意外断线包括:因网络故障,连接被服务端关闭;设备意外掉电;设备尝试进行不被允许的操作而被服务端关闭连接等。

遗嘱消息可以看作是一个简化版的 MQTT 消息,它也包含 Topic、Payload、QoS、Retain 等信息。

  • 当设备意外断线时,遗嘱消息将被发送至遗嘱 Topic;
  • 遗嘱 Payload 是待发送的消息内容;
  • 遗嘱 QoS 与普通 MQTT 消息的 QoS 一致。
  • 遗嘱 Retain 为 true 时表明遗嘱消息是保留消息。MQTT 服务器会为每个主题存储最新一条保留消息,以方便消息发布后才上线的客户端在订阅主题时仍可以接收到该消息。

协议版本

使用较多的 MQTT 协议版本有 MQTT v3.1、MQTT v3.1.1 及 MQTT v5.0。

目前,MQTT 5.0 已成为绝大多数物联网企业的首选协议,我们建议初次接触 MQTT 的开发者直接使用该版本。但是,paho.mqtt.golang 目前只支持v3.1.1。

参考资料