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MQTT协议介绍之二：连接

dql2016

2017-8-25 19:57:06 6570

在机智云的整个架构里面，如上图，GAgent实现了从模块到云端的数据交互，其实GAgent里面就是用MQTT协议实现的，可见MQTT协议的重要性。今天介绍MQTT的发布、订阅和取消订阅。

回顾

在上一篇文章中，我们解释了发布/订阅模式是如何工作的以及如何在MQTT中应用，以下我们把要点回顾下：发布或者订阅解耦一个客户端，就是从另一个客户端（或更多客户端）发送特定消息（称为发布者），为了确定哪个消息发送到哪个客户端，MQTT使用了主题。主题是层次结构的字符串，用于消息过滤和路由。

在上一章节的最后我又更具理论性的分析了，发布/订阅是什么，以及如何从消息排队方法中区分MQTT。这篇文章干货将更多，主要介绍MQTT的基本知识。这一章，我们讨论的主题是MQTT客户端和代理服务器的定义以及MQTT连接的基础知识，如何连接、连接需要的参数。

引言

我们已经看看完了MQTT的发布和订阅后，所有的设备都要和代理服务器连接的，我们在讲连接之前应该理解下客户端和代理服务器。

客户端

在文章中，我们讨论的客户端都是MQTT客户端，说的发布者和订阅者也都指的是MQTT客户端的发布和订阅（通常，MQTT客户端可以同时发布和订阅）MQTT客户端是从微控制器到完整的服务器的任何设备，它具有运行的MQTT库，并通过任何类型的网络连接到MQTT代理。这是一个非常小且资源有限的设备它通过无线网络连接，并且设定一定参数，或者运行图形化MQTT客户端的典型计算机用于测试目的，总的来说基本上是具有TCP / IP协议栈并在其上支持MQTT协议的任何设备。

MQTT协议的客户端实现非常直观，简单，有人会问了，为什么MQTT非常适合小型设备呢？MQTT客户端库可用于各种各样的编程语言，如Android, Arduino, C, C++, C#, Go, iOS, Java, JavaScript, .NET. 可以在维基百科上找到MQTT的完整的列表。

代理

MQTT客户端的对应方就是MQTT代理服务器，这是任何发布和订阅协议的核心，根据具体实现情况，代理可以处理多达数千个并发连接的MQTT客户端。代理主要负责接收所有消息，过滤它们，决定谁对其感兴趣，然后将消息发送给相应订阅客户端。它还拥有所有持久客户端的会话，包括订阅和错过的消息。

代理的另一责任是给客户端认证和授权，而且在大多数时候，代理也是可扩展的，这样可以轻松地自定义身份验证，授权并且集成到后端系统中。集成是一个重要的方面，因为代理通常是直接暴露在互联网上并处理大量客户端的组件，然后将消息传递到下游分析和处理系统。

正如我们在我们早期博客中所描述的一样，订阅所有消息并不是一个真正的选择，所有的代理都是中心枢纽，每个消息都需要通过它的。因此，重要的是，它具有高度可扩展性，可集成到后端系统中，这样易于监控，当然也具有抗故障性，才能保障稳定。例如，HiveMQ通过使用最先进的事件驱动网络处理，一个开放的插件系统和标准的监控为用户提供服务。

MQTT连接

MQTT协议基于TCP / IP的，客户端和代理都需要具有TCP / IP协议栈。

MQTT连接本身始终在一个客户端和代理之间，没有客户端直接连接到另一个客户端。通过客户端向代理发送CONNECT消息来启动连接。具有CONNACK的代理响应并发送状态代码。建立连接后，只要客户端没有发送断开连接命令或者断开连接网络，代理将一直保持打开状态。

MQTT通过NAT连接

MQTT客户端一般是连接路由器设备的，它们正在使用网络地址转换（NAT），以便从专用网络地址（如192.168.x.x，10.0.x.x）转换为面向公众的公共网络。如前所述，MQTT客户端第一步就要要发送CONNECT消息。因此，NAT后面的客户端没有任何问题，因为代理具有公共地址，并且连接将保持打开，以允许在初始CONNECT之后双向发送和接收消息。

客户端发起与代理的连接消息

下面让我们看看MQTT客户端发送的连接信息。前面已经提到，这是从客户端到代理发起连接。如果CONNECT消息格式错误（根据MQTT规范）或打开网路超时，代理将关闭连接。这是合理的行为，这样可以避免恶意客户端攻击，减慢代理的速度。

一个完好的客户端将发送一个包含以下内容的连接消息：

此外，CONNECT消息中还包含其他信息，这对MQTT库的编写者而言比对库的使用者更加关心。如果您对详细信息有兴趣，请查看MQTT 3.1.1规范。

下面让我们逐个浏览所有这些项目参数吧：

Clientid

客户端标识符（简称ClientId）是连接到MQTT代理的每个MQTT客户端的标识符。正如标识符的含义那样，每个代理应该是唯一的。代理使用它来识别客户端和客户端的当前状态。如果不需要一个状态来保持代理，在MQTT 3.1.1（当前标准）中，也可以发送一个空的ClientId。这导致没有任何状态的连接，条件是 Clean Session是真的，否则连接将被拒绝。

Clean Session

Clean Session标志指示代理，客户端是否要建立持久会话。持久会话（CleanSession为假）表示代理将存储客户端的所有订阅以及所有错过的信息。当使用服务质量（QoS）1或2进行订阅时。如果Clean Session设置为真，则代理不会为客户端存储任何东西，并且还将清除以前持续会话中的所有信息。

Username/Password

MQTT允许发送用于验证客户端的用户名和密码以及授权。然而，密码是以明文形式发送的，如果它没有通过实现加密或散列，或者使用TLS。我们强烈建议使用用户名和密码以及安全的传输，在像HiveMQ这样的代理中，也可以使用SSL证书对客户端进行身份验证，因此不需要用户名和密码。

Will Message

Will Message是MQTT的最后一个意愿和遗嘱特征的一部分。它允许通知其他客户端，当客户端不正常地断开连接。连接客户端将在CONNECT消息中以MQTT消息和主题的形式提供他的意愿。如果客户端不正常地断开连接，代理客户端会发送此消息。我们会在后面的文章中单独介绍一下。

KeepAlive

KeepAlive是一个时间间隔，客户端通过向代理发送常规PING请求消息。代理将与PING响应，这种机制将确定双方是否仍然存在和正常通信。这个我们将在以后的一篇文章中详细介绍一下。这基本上都是从MQTT客户端连接到MQTT代理所需的所有信息。每个MQTT库通常都会有其他选项，可以进行具体配置。

代理回应CONNACK消息

当代理获得CONNECT消息时，代理有义务使用CONNACK消息进行响应。CONNACK只包含两个数据条目：会话存在标志，连接确认标志。

会话存在标志

会话存在标志指示，代理是否已经具有来自先前交互的客户端的持久会话。如果客户端连接并将CleanSession设置为真，则此标志始终为假，因为没有会话可用。如果客户端将CleanSession设置为假，则该标志取决于该ClientId是否存在可用于的会话信息。如果存储会话信息，则该标志为真，否则为假。该标志在MQTT 3.1.1中新添加，并帮助客户端确定是否必须订阅主题，或者是否仍然存储在他的会话中。