全網唯一物聯網MQTT協議報文

結構分析以及基于C#代碼的報文組裝實現

介紹

MQTT是一種基于TCP/IP協議的應用層協議，它規定了不同應用之間進行數據交換時的傳送格式。既然是協議，理論上可以被任何開發語言實現它，以運行在任何平臺，這個特性就可以將所有可聯網的物品通過此協議的方式進行數據通信，這是其一，之所以被物聯網所青睞，還因為它的幾個主要的特性:

1、使用發布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發布，解除耦合，各終端之間無關

2、對負載內容屏蔽的消息傳輸，可以對消息訂閱者所接受到的內容有所屏蔽

3、具體有三種消息發布的服務質量（以后細說）

4、小型傳輸，開銷小，固定長度的頭部是 2 字節，協議交換最小化，以降低網絡流量

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

為了更方便的抓包分析，進行了MQTT協議的服務端與客戶端的應用實現

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送過來的數據，就需要訂閱一個主題（Topic）

發布：任何客戶端都可以根據一個主題向服務器發布消息，服務器會根據訂立記錄，將消息推送至訂閱了對應主題的客戶端

數據傳輸格式

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 – 發布消息

4 PUBACK –發布確認

5 PUBREC – 發布收到（QoS 2，第一步）

6 PUBREL – 發布釋放（QoS 2，第二步）

7 PUBCOMP – 發布完成（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

此處以客戶端發送連接請求為例，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】的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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