前言
不论使用哪种互联网接入方式，只要我们的设备可以通过UDP/TCP通信访问互联网上对应的IP地址的主机，那么理论上，当设备与云服务器建立UDP/TCP通信后，只要按照云服务 器所规定的通信协议（数据格式）发送/接受消息，我们的设备就能够接入云平台，实现物联网。
学习物联网的话mqtt协议就必须要熟悉，否则就像迷路的孩子，找不到回家的方向。
MQTT是一个客户端服务端架构的发布/订阅模式的消息传输协议，在实际物联网项目中有着举足轻重的地位。
一、关于MQTT术语
1.应用消息（message）：MQTT协议通过网络传输应用数据，这个数据就称为消息。
2.客户端 (client),使用MQTT的程序或者设备，客户端总是通过网络连接到服务端。
- 发布消息给其他客户端。
- 订阅已请求接受的消息。
- 取消订阅已移除接受消息的请求(取消订阅)。
- 和服务端断开连接。
注：一般情况下，云下设备就是客户端。
3.服务端（server），一个程序或设备，作为发送消息的客户端和请求订阅的客户端之间的中介。 - 接受来自客户端的网络连接。
- 接受客户端发布的应用消息。
- 处理客户端的订阅和取消订阅请求。
- 转发应用消息个给符合条件的已订阅客户端。
注：一般情况下，云平台就是服务端，服务端不是数据的终点，他只是数据的中转站。
4.订阅（subscription），订阅包含一个主题过滤器（Topic Filter）和一个最大的服务质量（QoS）等级。订阅与单个会话关联。会话可以包含多于一个的订阅。会话的每个订阅都会有一个不同的主题过滤器。
5.主题名（topic name），附加在应用消息上的一个标签，服务端已知且与订阅匹配。服务端发送给应用消息的一个副本，给每一个匹配的客户端订阅。
6.主题过滤器（Topic filter），订阅中包含的一个表达式，用于表示的一个或多个主题。主题过滤器可以使用通配符。
7.会话(session),客户端和服务端之间的状态交互。一些会话持续时长与网络连接一样，另一些可以在客户端和服务端的多个连续网络连接间扩展。
8.控制报文（MQTT control packet），通过网络连接发送的信息数据包。MQTT规范定义了14种不同类型的控制报文，其中publish报文用于传输应用消息。
小注:在实际开发过程中，这些概念要理解才能应用。
二、MQTT协议特点
- "轻量级"通信协议：实现MQTT协议的开销比较小，不需要太多的额外数据。
- 基于TCP/IP协议：建立TCP连接后，云下设备和云平台按照MQTT协议规定的数据格式(一般是JSON)来通信（属于应用层）。
- 基于客户端-服务端模式：云下设备=客户端，云平台=服务端。
- 基于消息发布（publish）和消息订阅（subscribe）模式。
http->请求/回答模式：类似与打电话，只有你打电话给朋友，需要等待朋友接电话才可以交流。
mqtt->发布/订阅模式：类似邮件的发送，你可以向你的朋友发送邮件，发送后你就不用管了，服务器会将邮件发送给你的朋友，朋友收到邮件后，随时可以查看邮件。
发布/订阅模式解耦了发布者和订阅着之间的联系，这就意味着发布者和订阅者之间并不需要直接建立联系。（实际上通过MQTT服务器建立联系的）
举个栗子：
如下图：在上图中，假如客户端C和客户端B订阅了MQTT服务端的主题topic，客户端A向MQTT服务端发布了一个topic主题参数的消息，那么这个MQTT服务端就会将消息分发给客户端B和客户端C，因为客户端B和客户端C都向MQTT服务器订阅了这个主题topic。当然客户端A也可以订阅MQTT服务端的主题，客户端B和客户端C也可以向MQTT服务器发布消息。虽然在逻辑上三个客户端之间通信，但是在网络连接方面，客户端A只和MQTT服务端建立网络连接，同理其他两个客户端也是只和MQTT服务端建立网络连接。
三、MQTT协议数据表示
MQTT协议中控制报文的文本字段的编码为UTF-8格式的字符串。
MQTT协议规定，每一个字符串都有以两字节的长度字段作为前缀，两字节的前缀给出这个字符串utf-8编码的字节数。
四、MQTT协议控制报文格式
1.MQTT协议通过交换预定义的MQTT控制报文来进行通信。
注：PUBREC、PUBREL、PUBCOMP都只有在QoS等于2的时候才会使用。
2.MQTT控制报文的结构
第一部分：固定报头，所有控制报文都含有这个固定报文。
第二部分：可变报头，部分控制报文才含有这个可变报文。
第三部分：有效载荷，部分控制报文才含有这个有效载荷。
3.固定报头
MQTT控制报文的第一个字节的高四位用来表示控制报文的类型，也就是表格2-1中的值，低四位用来指定控制报文类型的标志位，如下图表格2.2，出发布消息publish之后，其他每个控制报文的四个bit都是固定的。第二个字节开始就是剩余长度，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的数据。
也就是说只有知道剩余长度是多少，才能知道MQTT控制报文到哪里才能结束。剩余报文不包括剩余长度字段本身的字节数。剩余长度字符使用一个变长度编码方案，只有低7位有效位用于编码数据，最高位有效位用于指示是否有更多的字节。最多有四个剩余字节。
五、服务质量等级QoS
QoS表示MQTT客户端向MQTT服务端发布消息或者MQTT服务端向MQTT客户端分发消息的服务质量等级。QoS只能由三种取值（0，1，2）。
1.QoS=0表示消息最多发送一次。
也就是发送方发送消息，接受方不会发送响应，发送者也不会重试（因为最多只发送一次，发送方就把这一次的机会占用了，所以接受方是不会发送消息的）。所以消息可能送达一次也可能根本没有送达。
2.QoS=1表示消息至少发送一次。
发送方发送消息，需要等待接受方的应答，如果接受方没有发送应答，发送方会尝试再次发送消息，所以消息最少被发送一次。
3.QoS=2表示消息仅仅发送一次。
使用控制报文中PUBREC、PUBREL、PUBCOMP类型实现仅仅发送一次。
注：百度云、腾讯云、阿里云支持QoS为0和1的服务质量，不支持QoS为2的服务质量，所以只是了解QoS为2即可。
4.提醒
发布消息和订阅主题的QoS服务质量是不相关的，也就是发布消息和订阅主题有着自己的服务质量等级QoS.
发布消息QoS:客户端发布消息到服务端的服务质量等级。
订阅主题QoS：服务端分发消息到客户端时消息的服务质量等级。
注：使用QoS服务质量等级，根据消息是否需要应答来决定QoS的值。
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