全網(wǎng)唯一物聯(lián)網(wǎng)MQTT協(xié)議報文

結構分析以及基于C#代碼的報文組裝實現(xiàn)

介紹

MQTT是一種基于TCP/IP協(xié)議的應用層協(xié)議，它規(guī)定了不同應用之間進行數(shù)據(jù)交換時的傳送格式。既然是協(xié)議，理論上可以被任何開發(fā)語言實現(xiàn)它，以運行在任何平臺，這個特性就可以將所有可聯(lián)網(wǎng)的物品通過此協(xié)議的方式進行數(shù)據(jù)通信，這是其一，之所以被物聯(lián)網(wǎng)所青睞，還因為它的幾個主要的特性:

1、使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，解除耦合，各終端之間無關

2、對負載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸，可以對消息訂閱者所接受到的內(nèi)容有所屏蔽

3、具體有三種消息發(fā)布的服務質(zhì)量（以后細說）

4、小型傳輸，開銷小，固定長度的頭部是 2 字節(jié)，協(xié)議交換最小化，以降低網(wǎng)絡流量

5、使用Last Will和Testament特性通知有關各方客戶端異常中斷的機制

應用實現(xiàn)

為了更方便的抓包分析，進行了MQTT協(xié)議的服務端與客戶端的應用實現(xiàn)

運行機制

服務端：通過云端一個服務器程序開啟MQTT服務器（Broker），常見的如EMQ

客戶端：不管是IoT管理應用程序還是IoT設備，都屬性于客戶端程序

訂閱：各客戶端程序如果想要接收到別人發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，就需要訂閱一個主題（Topic）

發(fā)布：任何客戶端都可以根據(jù)一個主題向服務器發(fā)布消息，服務器會根據(jù)訂立記錄，將消息推送至訂閱了對應主題的客戶端

數(shù)據(jù)傳輸格式

MQTT報文大體上包含三大部分：固定報頭、可變報頭、報文載荷，整體結構如下

固定報頭

第一個字節(jié)中高4位保存了消息的類型信息，包含1-14種類型（5.0版本擴充了第15個：認證交換）

1 CONNECT – 連接服務端

2 CONNACK – 確認連接請求

3 PUBLISH – 發(fā)布消息

4 PUBACK –發(fā)布確認

5 PUBREC – 發(fā)布收到（QoS 2，第一步）

6 PUBREL – 發(fā)布釋放（QoS 2，第二步）

7 PUBCOMP – 發(fā)布完成（QoS 2，第三步）

8 SUBSCRIBE - 訂閱主題

9 SUBACK – 訂閱確認

10 UNSUBSCRIBE –取消訂閱

11 UNSUBACK – 取消訂閱確認

12 PINGREQ – 心跳請求

13 PINGRESP – 心跳響應

14 DISCONNECT – 斷開連接

15 AUTH – 認證交換

可變報頭

報文載荷

報文截獲

利用 WireShark進行報文截獲，以連接請求報文為例：

C#代碼實現(xiàn)

此處以客戶端發(fā)送連接請求為例，完整報文拼接實例如下

static void Main(string[] args) {Console.WriteLine("歡迎關注朝夕教育，我是Jovan");try{string ip = "127.0.0.1";int port = 1883;string username = "admin";string password = "123456";string clientId = "C001";//Socket socketClient = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);socketClient.Connect(ip, port);Console.WriteLine(">>> TCP 連接通道已建立");// 建立MQTT連接{// 構建MQTT報文Listbytes = new List();bytes.AddRange(new byte[] { 0, 4 });// Protocol Name Lengthbytes.AddRange(Encoding.ASCII.GetBytes("MQTT"));// Protocol Namebytes.Add(4);byte flag = 0;flag |= 128;// 用戶名標記flag |= 64; // 密碼標記flag |= 2; ?// Clean Session 標記bytes.Add(flag);// KeepAlivebyte[] bytesKeepAlive = BitConverter.GetBytes((int)TimeSpan.FromSeconds(100).TotalSeconds);bytes.Add(bytesKeepAlive[1]);bytes.Add(bytesKeepAlive[0]);// ClientIDbyte[] clienIdBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(clientId);bytes.Add((byte)(clienIdBytes.Length / 256));bytes.Add((byte)(clienIdBytes.Length % 256));// 長度占兩個字節(jié)bytes.AddRange(clienIdBytes);// UserNamebyte[] usernameBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(username);bytes.Add((byte)(usernameBytes.Length / 256));bytes.Add((byte)(usernameBytes.Length % 256));// 長度占兩個字節(jié)bytes.AddRange(usernameBytes);// Passwordbyte[] passwordBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(password);bytes.Add((byte)(passwordBytes.Length / 256));bytes.Add((byte)(passwordBytes.Length % 256));// 長度占兩個字節(jié)bytes.AddRange(passwordBytes);byte[] bufferLen = new byte[] { (byte)bytes.Count };MemoryStream memoryStream = new MemoryStream();memoryStream.WriteByte(1 << 4);memoryStream.Write(bufferLen, 0, (int)bufferLen.Length);memoryStream.Write(bytes.ToArray(), 0, (int)bytes.Count);byte[] array = memoryStream.ToArray();memoryStream.Close();socketClient.Send(array);}}catch (Exception ex){Console.WriteLine(ex.Message);}Console.ReadLine(); }

總結

以上是生活随笔為你收集整理的IOT必备之MQTT结构分析，不进来看看？【后附源码】的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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