Всем привет, сегодня я расскажу про протокол MQTT, приятного чтения!
Что такое MQTT?
Расшифровка - Message Queue Telemetry Transport - это легкий, компактный и открытый протокол обмена данными созданный для передачи данных на удалённых локациях, где требуется небольшой размер кода и есть ограничения по пропускной способности канала. Вышеперечисленные достоинства позволяют применять его в системах M2M (Машинно-Машинное взаимодействие) и IIoT (Промышленный Интернет вещей)
Особенности протокола MQTT
Основные особенности:
- Асинхронный протокол
- Компактные сообщения
- Работа в условиях нестабильной связи на линии передачи данных
- Поддержка нескольких уровней качества обслуживания (QoS)
- Легкая интеграция новых устройств
Протокол MQTT работает на прикладном уровне поверх TCP/IP и использует по умолчанию 1883 порт (8883 при подключении через SSL).
Обмен сообщениями в протоколе MQTT осуществляется между клиентом (client), который может быть издателем или подписчиком (publisher/subscriber) сообщений, и брокером (broker) сообщений (например, Mosquitto MQTT).
Издатель отправляет данные на MQTT брокер, указывая в сообщении определенную тему, топик (topic). Подписчики могут получать разные данные от множества издателей в зависимости от подписки на соответствующие топики.
Устройства MQTT используют определенные типы сообщений для взаимодействия с брокером, ниже представлены основные:
- Connect – установить соединение с брокером
- Disconnect – разорвать соединение с брокером
- Publish – опубликовать данные в топик на брокере
- Subscribe – подписаться на топик на брокере
- Unsubscribe – отписаться от топика
Схема простого взаимодействия между подписчиком, издателем и брокером
Структура сообщений
MQTT сообщение состоит из нескольких частей:
- Фиксированный заголовок (присутствует по всех сообщениях)
- Переменный заголовок (присутствует только в определенных сообщениях)
- Данные, «нагрузка» (присутствует только в определенных сообщениях)
Фиксированный заголовок
Message Type – это тип сообщения, например: CONNECT, SUBSCRIBE, PUBLISH и другие.
Flags specific to each MQTT packet – эти 4 бита отведены под вспомогательные флаги, наличие и состояние которых зависит от типа сообщения.
Remaining Length – представляет длину текущего сообщения(переменный заголовок + данные), может занимать от 1 до 4 байта.
Всего в протоколе MQTT существует 15 типов сообщений:
*К – клиент, **С – сервер
Флаги
Четыре старших бита первого байта фиксированного заголовка отведены под специальные флаги:
DUP – флаг дубликата устанавливается, когда клиент или MQTT брокер совершает повторную отправку пакета (используется в типах PUBLISH, SUBSCRIBE, UNSUBSCRIBE, PUBREL). При установленном флаге переменный заголовок должен содержать Message ID (идентификатор сообщения)
QoS – качество обслуживания (0,1,2)
RETAIN – при публикации данных с установленным флагом retain, брокер сохранит его. При следующей подписке на этот топик брокер незамедлительно отправит сообщение с этим флагом. Используется только в сообщениях с типом PUBLISH.
Переменный заголовок
Переменный заголовок содержится в некоторых заголовках.
В нём помещаются следующие данные:
- Packet identifier – идентификатор пакета, присутствует во всех типах сообщений, кроме: CONNECT, CONNACK, PUBLISH(с QoS <1), PINGREQ, PINGRESP, DISCONNECT
- Protocol name – название протокола (только в сообщениях типа CONNECT)
- Protocol version – версия протокола (только в сообщениях типа CONNECT)
- Connect flags – флаги указывающие на поведение клиента при подключении
User name – при наличии этого флага в «нагрузке» должно быть указано имя пользователя (используется для аутентификации клиента)
Password – при наличии этого флага в «нагрузке» должен быть указан пароль (используется для аутентификации клиента)
Will Retain – при установке в 1, брокер хранит у себя Will Message.
Will QoS– качество обслуживания для Will Message, при установленном флаге Will Flag, Will QoS и Will retain являются обязательными.
Will Flag - при установленном флаге, после того, как клиент отключится от брокера без отправки команды DISCONNECT(в случаях непредсказуемого обрыва связи и т.д.), брокер оповестит об этом всех подключенных к нему клиентов через так называемый Will Message.
Clean Session – очистить сессию. При установленном «0» брокер сохранит сессию, все подписки клиента, а так же передаст ему все сообщения с QoS1 и QoS2, которые были получены брокером во время отключения клиента, при его следующем подключении. Соответственно при установленной «1», при повторном подключении клиенту будет необходимо заново подписываться на топики.
Данные, нагрузка
Содержание и формат данных, передаваемых в MQTT сообщениях, определяются в приложении. Размер данных может быть вычислен путём вычитания из Remaining Length длины переменного заголовка.
Качество обслуживания в протоколе MQTT (QoS)
MQTT поддерживает три уровня качества обслуживания (QoS) при передаче сообщений.
QoS 0 At most once. На этом уровне издатель один раз отправляет сообщение брокеру и не ждет подтверждения от него, то есть отправил и забыл.
QoS 1 At least once. Этот уровень гарантирует, что сообщение точно будет доставлено брокеру, но есть вероятность дублирования сообщений от издателя. После получения дубликата сообщения, брокер снова рассылает это сообщение подписчикам, а издателю снова отправляет подтверждение о получении сообщения. Если издатель не получил PUBACK сообщения от брокера, он повторно отправляет этот пакет, при этом в DUP устанавливается «1».
QoS 2 Exactly once. На этом уровне гарантируется доставка сообщений подписчику и исключается возможное дублирование отправленных сообщений.
Издатель отправляет сообщение брокеру. В этом сообщении указывается уникальный Packet ID, QoS=2 и DUP=0. Издатель хранит сообщение неподтвержденным пока не получит от брокера ответ PUBREC. Брокер отвечает сообщением PUBREC в котором содержится тот же Packet ID. После его получения издатель отправляет PUBREL с тем же Packet ID. До того, как брокер получит PUBREL он должен хранить копию сообщения у себя. После получения PUBREL он удаляет копию сообщения и отправляет издателю сообщение PUBCOMP о том, что транзакция завершена.
На этом моменте статья подошла к концу, если вы дочитали ее до конца, то вы однозначно - молодец!
