在本教程中，我們將更詳細(xì)地介紹MQTT協(xié)議，以及MQTT消息或數(shù)據(jù)包的格式。

我們將研究：

MQTT消息格式。
MQTT消息頭
消息字段和編碼
控制消息編碼示例

介紹

MQTT是基于二進(jìn)制的協(xié)議，控制元素是二進(jìn)制字節(jié)而不是文本字符串。

MQTT使用命令和命令確認(rèn)格式。

這意味著每個(gè)命令都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的確認(rèn)。

主題名稱，客戶端ID，用戶名和密碼被編碼為UTF-8字符串。

除了MQTT協(xié)議信息(例如客戶端ID等)外，有效負(fù)載是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，內(nèi)容和格式是特定于應(yīng)用程序的。

MQTT數(shù)據(jù)包或消息格式由2字節(jié)固定報(bào)頭(始終存在)+可變報(bào)頭(并非始終存在)+有效負(fù)載(并非始終存在)組成。

可能的數(shù)據(jù)包格式為：

• Fixed Header (Control field + Length) – Example CONNACK

• Fixed Header (Control field + Length) + Variable Header -Example PUBACK

• Fixed Header (Control field + Length)? + Variable Header + payload -Example CONNECT

固定報(bào)頭字段由控制字段和可變長(zhǎng)度數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度字段組成。

數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度字段的最小大小為1個(gè)字節(jié)，用于總長(zhǎng)度小于127個(gè)字節(jié)的消息(不包括控制字段和長(zhǎng)度字段)。

最大數(shù)據(jù)包大小為256MB。小于127字節(jié)的小數(shù)據(jù)包具有1字節(jié)的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度字段。

大于127且小于16383的數(shù)據(jù)包將使用2個(gè)字節(jié)。等等

注意：只是用7位,第8位用作連續(xù)位.

Note:?7 bits are used with the?8th bit?being a?continuation bit.

最小數(shù)據(jù)包大小只有2個(gè)字節(jié)，其中包含一個(gè)單字節(jié)控制字段和一個(gè)單字節(jié)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度字段。例如，斷開(kāi)連接消息只有2個(gè)字節(jié)。

控制字段

8位控制字段是2字節(jié)固定報(bào)頭的第一個(gè)字節(jié)。它分為兩個(gè)4位字段，包含所有協(xié)議命令和響應(yīng)。

前4個(gè)最高有效位是命令或消息類型字段，其他4位用作控制標(biāo)志。

下表摘自MQTT 3.1.1規(guī)范，并顯示了MQTT命令及其相關(guān)代碼的示例。

因?yàn)樗鼈兪?位字節(jié)字段中最重要的部分，所以我也以十進(jìn)制顯示了它們的字節(jié)值，就像它們出現(xiàn)在數(shù)據(jù)包中一樣。

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控制標(biāo)志

盡管有16種可能的標(biāo)志，但實(shí)際上只使用其中少部分。

發(fā)行消息充分利用了這些標(biāo)志，如下表所示：

當(dāng)使用QOS或1或2重新發(fā)布消息時(shí)使用重復(fù)標(biāo)志

發(fā)布消息時(shí)使用QOS標(biāo)志，并指示QOS級(jí)別-0,1,2

保留消息標(biāo)志也用于發(fā)布。

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長(zhǎng)度字段(剩余長(zhǎng)度)

它的長(zhǎng)度在1到4個(gè)字節(jié)之間。每個(gè)字節(jié)使用7位作為長(zhǎng)度，其中MSB用作連續(xù)標(biāo)志。

剩余長(zhǎng)度是長(zhǎng)度字段后面的字節(jié)數(shù)，包括可變長(zhǎng)度的頭和有效負(fù)載，如下所示：

下面說(shuō)明了長(zhǎng)度為64和321字節(jié)的數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度字段

剩余數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度64個(gè)字節(jié)僅需要1個(gè)字節(jié)：

321個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度需要2個(gè)字節(jié)的剩余長(zhǎng)度字段：

從規(guī)范中獲取的下表顯示了數(shù)據(jù)包大小和數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度字段。

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可變長(zhǎng)度頭

如前所述，可變長(zhǎng)度頭字段并不總是出現(xiàn)在MQTT消息中。

某些MQTT消息類型或命令要求使用此字段來(lái)攜帶其他控制信息。

可變長(zhǎng)度報(bào)頭字段是相似的，但對(duì)于所有消息類型而言都不相同。

MQTT連接和斷開(kāi)連接消息示例
作為說(shuō)明，我們現(xiàn)在將查看連接消息的數(shù)據(jù)包詳細(xì)信息。

下面是一個(gè)真實(shí)的客戶端連接和斷開(kāi)連接示例，顯示了已發(fā)送和已接收數(shù)據(jù)的實(shí)際字節(jié)值。

CONNECT控制代碼= 0x10

CONNACK控制碼= 0x20

MQTT數(shù)據(jù)包=控制+長(zhǎng)度+協(xié)議名稱+協(xié)議級(jí)別+連接標(biāo)志+保持活動(dòng)+有效負(fù)載

(MQTT packet?=control + length + protocol name + Protocol Level +Connect Flags + keep alive +Payload)

注解：

• 注意連接(0x10)和連接確認(rèn)(0x20)控制代碼。

• 注意十六進(jìn)制0x17或23字節(jié)的總長(zhǎng)度，其中不包括控制字段和長(zhǎng)度字段。長(zhǎng)度字段只有1個(gè)字節(jié)。

• 您還應(yīng)該能夠在發(fā)送的數(shù)據(jù)包中看到客戶端ID(python_test)。

• 當(dāng)查看實(shí)際的數(shù)據(jù)包字節(jié)時(shí)，Python會(huì)打印十六進(jìn)制值，除非它可以匹配ASCII字符。在上面的示例中，keep alive字段為x00x3C，但顯示為x00

注解：

• 客戶端ID字段作為有效內(nèi)容的第一部分發(fā)送，而不是作為頭部的一部分發(fā)送。

• 客戶端ID后跟一個(gè)長(zhǎng)度字段。

• 連接標(biāo)志表明正在請(qǐng)求一個(gè)干凈的會(huì)話(clean session)。

• 連接標(biāo)志是“可變長(zhǎng)度”標(biāo)頭的一部分，用于指示用戶名，密碼的存在與否，以及有效負(fù)載中的消息字段。它還包含干凈會(huì)話標(biāo)志和Will QOS。

控制包摘要表

Control Packet	Variable Header	Payload
CONNECT	Required	Required
CONNACK	None	None
PUBLISH	Required	Optional
PUBACK	Required	None
PUBREC	Required	None
PUBREL	Required	None
PUBCOMP	Required	None
SUBSCRIBE	Required	Required
SUBACK	Required	Required
UNSUBSCRIBE	Required	Required
UNSUBACK	Required	Required
PINGREQ	None	None
PINGRESP	None	None
DISCONNECT	None	None

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Wireshark網(wǎng)絡(luò)分析

為了回應(yīng)讀者有關(guān)TCP協(xié)議的問(wèn)題，我創(chuàng)建了這張摘自Wireshark的屏幕截圖。

它顯示了一個(gè)MQTT客戶端連接和發(fā)布(QOS 1)。您可以清楚地看到總長(zhǎng)度為58個(gè)字節(jié)的ACK數(shù)據(jù)包。

我們知道ACK數(shù)據(jù)包是2個(gè)字節(jié)。

因此，沒(méi)有MQTT的TCP數(shù)據(jù)包約為56個(gè)字節(jié)。

還有一點(diǎn)需要注意的有趣的事情是直到我完成數(shù)據(jù)包捕獲之前我都沒(méi)有想到的是，每個(gè)MQTT命令或響應(yīng)都將獲得一個(gè)TCP ACK，甚至還有一個(gè)MQTT ACK。

如果查看屏幕截圖，則MQTT連接可以獲取TCP ACK響應(yīng)和MQTT Connect ACK響應(yīng)。

MQTT Connect ACK響應(yīng)會(huì)有一個(gè)TCP ACK響應(yīng)。

參考：MQTT V3.1.1 Specification pdf

http://www.steves-internet-guide.com/mqtt-protocol-messages-overview/

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的数据包格式_理解MQTT协议数据包结构的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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