MQTT协议－MQTT协议解析（MQTT数据包结构）

协议就是通信双方的一个约定，
即，表示第1位传输的什么、第2位传输的什么……。
在MQTT协议中，一个MQTT数据包由：
固定头（Fixed header）、 可变头（Variable header）、 消息体（payload）三部分构成

MQTT 数据包结构

* 固定头（Fixed header），存在于所有MQTT数据包中，表示数据包类型及数据包的分组类标识
* 可变头（Variable header），存在于部分MQTT数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容
* 消息体（Payload），存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到的具体内容

1 MQTT固定头

固定头存在于所有MQTT数据包中，其结构如下：

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
byte 1 MQTT数据包类型 不同类型MQTT数据包的具体标识
byte 2 … 剩余长度

1.1 MQTT数据包类型

位置：byte 1, bits 7-4。 相于一个4位的无符号值，类型如下：

名称 | 值 | 流方向 | 描述 -|-|- Reserved |0 |不可用 |保留位 CONNECT |1| 客户端到服务器 |客户端请求连接到服务器 CONNACK| 2| 服务器到客户端| 连接确认 PUBLISH| 3| 双向| 发布消息 PUBACK| 4 |双向| 发布确认 PUBREC| 5| 双向| 发布收到（保证第1部分到达） PUBREL| |6 双赂 |发布释放（保证第2部分到达） PUBCOMP| 7 |双向 |发布完成（保证第3部分到达） SUBSCRIBE| 8 |客户端到服务器| 客户端请求订阅 SUBACK| 9| 服务器到客户端 |订阅确认 UNSUBSCRIBE| 10| 客户端到服务器 |请求取消订阅 UNSUBACK| 11 |服务器到客户端| 取消订阅确认 PINGREQ| 12| 客户端到服务器| PING请求 PINGRESP |13| 服务器到客户端| PING应答 DISCONNECT| 14| 客户端到服务器| 中断连接 Reserved| 15| 不可用| 保留位

1.2 标识位

位置：byte 1, bits 3-0。

在不使用标识位的消息类型中，标识位被做为保留位。如果收到无效的标志时，接收端必须关闭网络连接：

数据包| 标识位| Bit 3| Bit 2| Bit 1 |Bit 0 -|-| CONNECT| 保留位 |0| 0 |0 |0 CONNACK| 保留位| |0 0| 0| 0 PUBLISH| MQTT 3.1.1使用| DUP1| QoS2| QoS2| RETAIN3 PUBACK| 保留位 |0 |0| 0 |0 PUBREC| 保留位| 0| 0| 0| 0 PUBREL| 保留位 |0| 0| 0| 0 PUBCOMP| 保留位| 0 |0| 0| 0 SUBSCRIBE |保留位| 0| 0| 0| 0 SUBACK| 保留位 |0| 0| 0 |0 UNSUBSCRIBE| 保留位| 0 |0| 0| 0 UNSUBACK| 保留位| 0| 0 |0 |0 PINGREQ| 保留位| 0| 0| 0| 0 PINGRESP| 保留位| 0| 0 |0| 0 DISCONNECT| 保留位| 0| 0 |0| 0

  • DUP：发布消息的副本。用来在保证消息的可靠传输，如果设置为 1，则在下面的变长中增加MessageId，并且需要回复确认，以保证消息传输完成，但不能用于检测消息重复发送。
  • QoS：发布消息的服务质量，即：保证消息传递的次数
    • 00：最多一次，即：<=1
    • 01：至少一次，即：>=1
    • 10：一次，即：=1
    • 11：预留
  • RETAIN： 发布保留标识，表示服务器要保留这次推送的信息，如果有新的订阅者出现，就把这消息推送给它，如果设有那么推送至当前订阅者后释放。

1.3 剩余长度（Remaining Length）

位置：byte 2。

固定头的第二字节用来保存变长头部和消息体的总大小的，但不是直接保存的。这一字节是可以扩展，其保存机制，前7位用于保存长度，后一部用做标识。当最后一位为 1时，表示长度不足，需要使用二个字节继续保存。 例如：计算出后面的大小为0

2 MQTT可变头

MQTT数据包中包含一个可变头，它驻位于固定的头和负载之间。可变头的内容因数据包类型而不同，较常的应用是做为包的标识：

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
byte 1 包标签符（MSB）
byte 2 … 包标签符（LSB）

很多类型数据包中都包括一个2字节的数据包标识字段，这些类型的包有：PUBLISH (QoS > 0)、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK

3 Payload消息体

  • Payload消息体位MQTT数据包的第三部分，CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四种类型的消息 有消息体：

    • CONNECT，消息体内容主要是：客户端的ClientID、订阅的Topic、Message以及用户名和密码。
    • SUBSCRIBE，消息体内容是一系列的要订阅的主题以及QoS。
    • SUBACK，消息体内容是服务器对于SUBSCRIBE所申请的主题及QoS进行确认和回复。
    • UNSUBSCRIBE，消息体内容是要订阅的主题。