[2]MQTT基础知识

MQTT(消息队列遥测传输)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。

MQTT协议最初版本是在1999年建立的。该协议的发明人是的Andy Stanford-Clark和Arlen Nipper。

MQTT协议是当今世界上最受欢迎的物联网协议，广泛应用于车联网、智能家居、即时聊天应用和工业互联网等领域。

MQTT协议基本原理

MQTT服务端：MQTT服务端通常是一台服务器。它是MQTT信息传输的枢纽，负责将MQTT客户端发送来的信息传递给MQTT客户端。MQTT服务端还负责管理MQTT客户端。确保客户端之间的通讯顺畅，保证MQTT消息得以正确接收和准确投递。

MQTT客户端：MQTT客户端可以向服务端发布信息，也可以从服务端收取信息。

MQTT主题：MQTT服务端在管理MQTT信息通讯时，就是使用“主题”来控制的。

MQTT通讯的核心是MQTT服务端，有了服务端对MQTT信息的接收、储存、处理和发送，客户端在发布和订阅信息时，可以相互独立，且在空间上可以分离，时间上可以异步。（特点：相互独立、空间可分离、时间可异步）

客户端订阅主题，服务端发布主题

MQTT服务端在管理MQTT信息通讯时，使用“主题”来控制。

 注意：MQTT客户端在通讯时，往往角色不上单一的，它既可以作为信息发布者也可以同时作为信息订阅者。

相互独立：MQTT客户端是一个个独立的个体。它们无需了解彼此的存在，依然可以实现信息交流。比如以上实例中汽车客户端在发布“汽车速度”信息时，汽车客户端本身可以完全不知道有多少个MQTT客户端订阅了“汽车速度”这一主题。而订阅了“汽车速度”主题的手机和电脑客户端也完全不知道彼此的存在。大家只要订阅了“汽车速度”主题，MQTT服务端就会在每次收到新信息时，将信息发送给订阅了“汽车速度”主题的客户端。

空间可分离：MQTT客户端在通讯时必要条件是连接到了同一个MQTT通讯网络，这个网络可以是互联网或者局域网。只要客户端联网，无论他们远在天边还是近在眼前，都可以实现彼此间的通讯交流。

时间可异步：MQTT客户端在发送和接收信息时无需同步。这一特点对物联网设备尤为重要。有时物联网设备会发生意外离线的情况。我们使用以上实例二的场景来作为示例。当我们的汽车在行驶过程中，可能会突然进入隧道，这时汽车可能会断开与MQTT服务端的连接。假设在此时我们的手机客户端向汽车客户端所订阅的“空调温度”主题发布了信息，而汽车恰恰不在线。这时，MQTT服务端可以将“空调温度”主题的新信息保存，待汽车再次上线后，服务端再将“空调温度”信息推送给汽车。

连接MQTT服务端

MQTT客户端之间要想实现通讯，必须要通过MQTT服务端，因此MQTT客户端无论是发布信息还是订阅信息，首先都要连接MQTT服务端。

MQTT客户端连接服务器一共有两步：1.客户端向服务端发送连接请求；2.服务端向客户端发送连接确认。

MQTT客户端要想连接服务端，首先要向服务端发送connect报文（所谓报文就是一个MQTT数据包，这个 数据包中包含多个信息。），如果connect报文的格式或内容不符合MQTT规范，则服务器会拒绝客户端的连接请求。

connect报文所包含的信息：

1. clientID        客户端ID，每个客户端的clientID是相互独立的
2. cleanSession       清除会话，如果需要服务端保存重要报文，光设置cleanSession 为false是不够的，还需要传递的MQTT信息QoS级别大于0。对于不重要的MQTT客户端，它们在向服务器发送连接请求时，CONNECT报文中的cleanSession通常设置为true。原因是这类不重要的MQTT客户端即使丢失信息也不会影响整体系统运行。因此服务端在看到客户端的cleanSession为true时，就不会保存发送给它们的信息。
3. keepAlive     心跳时间间隔，keepAlive用于服务端了解客户端连接情况

connack--确认连接请求

connack报文包括两个信息，一个是returncode(连接返回码)，另一个是session pressent(当前会话)

 sessionpresent--当前会话，当重要客户端连接服务端时，服务端可能保存着没有得到确认的报文。如果是这样的话，那么客户端在连接服务端时，就会通过sessionPresent来了解服务端是否有之前未能确认的信息。

如果connect报文中的cleanSession设置为true，这种情况下，客户端是不需要服务端保存任何报文的，那么服务端发送的确认连接connect报文中，sessionpresent肯定是false，也就是服务端没有保存任何报文。

CONNACK报文的sessionPresent与CONNECT报文的cleanSession相互配合。其作用是客户端发送连接请求时，服务端告知客户端有没有保存报文信息。

MQTT服务端连接操作

使用阿里云服务器，使用MQTTX调试工具

使用MQTTX进行连接之前，需要知道地址以及端口号等信息。

需要Broker Address，账号密码等都是通过他们进行获得。

 Broker Address格式为：$ {ProductKey}.iot-as-mqtt.$ {region}.aliyuncs.com

 使用MQTT.fx接入物联网平台 (aliyun.com)

采用技小新MQTT工具进行配置。可以根据三元组信息生成MQTT需要连接的信息

• mqttClientId：格式中| |内为扩展参数。
• clientId：表示客户端ID，可自定义，长度不可超过64个字符。建议使用设备的MAC地址或SN码，方便您识别区分不同的客户端。
• securemode：表示目前安全模式，可选值有2（TLS直连模式）和3（TCP直连模式）。
• signmethod：表示签名算法类型。支持hmacmd5，hmacsha1和hmacsha256，默认为hmacmd5。
• timestamp：表示当前时间毫秒值，可以不传递。
• mqttPassword：sign签名需把提交给服务器的参数按字典排序后，根据signmethod加签。签名计算示例，请参见MQTT连接签名示例。
• content的值为提交给服务器的参数（productKey、deviceName、timestamp和clientId），按照参数名称首字母字典排序， 然后将参数值依次拼接。