MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協議）是一種基于發布/訂閱（publish/subscribe）模式的“輕量級”通訊協議，該協議構建于 TCP/IP 協議上，由 IBM 在1999年發布，現已是用于物聯網 (IoT) 的 OASIS 標準消息傳遞協議。MQTT 最大優點在于，用極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠程設備提供實時可靠的消息服務。

MQTT 協議是輕量、簡單、開放和易于實現的，這些特點使其在物聯網、小型設備、移動應用等方面有較廣泛的應用。MQTT 協議運行在傳輸控制協議/互聯網協議 (TCP/IP) 堆棧之上，提供有序、無損、雙向連接。MQTT 協議在處理網絡連接不穩定、帶寬有限的環境中有較強的適應性，常被用于智能家居、醫療設備、衛星通信等場景中。

為什么選MQTT？

MQTT 協議具有以下特點：

• 輕量且高效：MQTT 客戶端的代碼量非常小，對系統資源的需求也較低，因此非常適合在小型微控制器上使用。此外，MQTT 消息的頭部字段較小，使得網絡帶寬得到優化，進一步提高傳輸效率。
• 支持雙向通信：MQTT 協議支持設備到云端以及云端到設備之間的消息傳遞。這使得向大量設備廣播消息變得相對簡單。
• 可擴展性：MQTT 協議可以擴展以連接數百萬個物聯網設備，滿足大規模設備部署和數據采集的需求。
• 可靠的消息傳遞：對于許多物聯網應用來說，消息傳遞的可靠性至關重要。MQTT 協議為此提供了三個定義的服務質量級別：最多一次（QoS 0）、至少一次（QoS 1）和恰好一次（QoS 2），以滿足不同場景下對消息傳遞可靠性的需求。
• 支持不可靠網絡：許多物聯網設備通過移動蜂窩網絡進行連接，這種網絡環境通常是不穩定的。然而，MQTT 協議通過持久會話的設計，減少了客戶端與代理之間重新建立連接的時間和通信延遲，從而在不可靠網絡環境下提供了較為可靠的消息傳輸。
• 安全：MQTT 協議可以輕松使用 TLS（傳輸層安全協議）對傳輸的消息進行加密，并支持 OAuth 等現代身份驗證協議對客戶端進行身份驗證，確保了消息傳輸的安全性和客戶端身份的合法性。

常見名詞術語解釋

1.MQTT Broker

MQTT Broker 是消息中間件，它負責接收發布者發送的消息，并根據訂閱者訂閱的主題將消息轉發給訂閱者。它管理客戶端連接、處理訂閱和退訂，并保證按照指定的服務質量(QoS)級別發送消息。MQTT 是一種開放的輕量級機器對機器協議，專為物聯網交互設計。在 MQTT 網絡中，MQTT Broker 是協調所有 MQTT 代理之間的交互的服務器。MQTT 客戶端可以是發布者，也可以是訂閱者，或者兩者都是。MQTT 架構可以是集中式的，也可以是分布式的，以適應不同的應用場景。

2.Bridge

Bridge在MQTT協議中是指橋接，是指將兩個MQTT代理（Broker）連接起來，使得它們可以相互通信，以實現消息的互通。

當兩個Broker被橋接后，它們可以作為接入節點提供服務，對外可配置一個虛擬IP或域名來訪問。這種橋接方式可以實現負載均衡和故障轉移，提高系統的可用性和穩定性。

在配置Bridge時，需要指定消息同步的Topic，而不是同步所有Topic來規避流量放大的問題，更推薦通過垂直切分的方案進行分流。

MQTT協議中的Bridge主要有以下特點：

• 可以實現兩個MQTT代理之間的消息互通，保證消息的可靠性和穩定性。
• 可以配置虛擬IP或域名來訪問，提高系統的可用性和可維護性。
• 可以實現負載均衡和故障轉移，提高系統的可用性和穩定性。
• 可以指定消息同步的Topic，避免流量放大的問題。
• 更推薦通過垂直切分的方案進行分流，以進一步提高系統的可用性和穩定性。

3.MQTT Client

MQTT Client 是指運行MQTT庫并通過網絡連接到MQTT broker的設備，這些設備可以是微控制器，也可以是成熟的服務器，它實現了MQTT協議的客戶端。在MQTT協議中，一個典型的客戶端會有以下主要操作：發布消息到某個topic、從某個topic訂閱消息、處理接收到的消息、對接收到的QoS 1或QoS 2消息進行確認。MQTT協議的客戶端實現非常簡單直接。

4.RSMB

RSMB（Very Small Message Broker）是IBM開發的一個輕量級消息代理，主要用于MQTT協議的C/S（客戶端/服務器）架構中的消息傳輸服務。之后，Eclipse Foundation將RSMB接納為其下的一個項目，并將其命名為Eclipse Mosquitto。

Eclipse Mosquitto是一個開源的消息代理，它實現了MQTT協議的版本3.1和3.1.1，被設計用于從低功耗的單板計算機到完整的服務器等各種設備。MQTT協議使用發布/訂閱模型進行消息傳遞，這種模型被證明在許多場景下，特別是物聯網（IoT）應用中，都非常有效。

5.LWT

Last Will and Testament (LWT) 是 MQTT 協議中用于處理非正常斷開連接時的一種機制。

LWT 可以被理解為在連接到 MQTT Broker 時提到的遺囑。當 Broker 檢測到 Client 非正常地斷開連接的時候，就會向遺囑主題里面發布一條消息。遺囑相關的設置是在建立連接的時候，在 CONNECT 數據包里面的 Variable header (可變頭與) Payload (有效載荷) 中指定的。

6.M2M

機器對機器Machine to machine (M2M)是指數據從一臺終端傳送到另一臺終端，也就是機器與機器的對話。M2M應用系統構成有智能化機器、M2M硬件、通信網絡、中間件。M2M應用領域有家庭應用領域、工業應用領域、零售和支付領域、物流運輸行業、醫療行業等。

7.IoT

物聯網（Internet of Things，IoT）是指通過各種信息傳感器、射頻識別技術、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網絡接入，實現物與物、物與人的泛在連接，實現對物品和過程的智能化感知、識別和管理。物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網等的信息承載體，它讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象形成互聯互通的網絡。

8.QoS

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協議）中設計了保證消息穩定傳輸的機制，包括消息應答、存儲和重傳。在此機制下，提供了三種不同層次的服務質量（Quality of Service，QoS）等級：

• QoS0，即至多一次（At most once）。這種等級下，發送方（Sender）會盡力向接收方（Receiver）發送消息，但消息的傳遞流程只包括一次。如果發送失敗，則不會重試。這種QoS等級適用于對消息傳遞可靠性要求不高，但對響應速度要求較高的場景。
• QoS1，即至少一次（At least once）。這種等級下，發送方會確保消息至少被傳遞一次到接收方。在某些情況下，消息可能會被多次傳遞。接收方可以通過消息ID或其他標識符來判斷是否已經接收過某個消息，從而處理重復接收的情況。這種QoS等級適用于需要確保消息被至少傳遞一次的場景，但允許消息的重復傳遞。
• QoS2，即確保只有一次（Exactly once）。這種等級下，發送方會確保每個消息只被傳遞一次到接收方。在某些情況下，消息可能會被延遲傳遞。接收方可以依賴某種機制（如數據庫事務）來確保某個消息的處理不會重復。這種QoS等級適用于需要確保每個消息只被傳遞一次的場景，并且對消息的延遲傳遞有一定的容忍度。

不同的QoS等級為MQTT的應用提供了不同的選擇和靈活性，可以根據實際需求和網絡環境來選擇最合適的QoS等級。需要注意的是，QoS是Sender和Receiver之間的協議，而不是Publisher和Subscriber之間的協議。

常見問題

1.什么是 MQTT?

MQTT 是 IoT 連接的 OASIS 標準。它是一種發布/訂閱、極其簡單且輕量級的消息傳遞協議，專為受限設備和低帶寬、高延遲或不可靠的網絡而設計。設計原則是最大限度地減少網絡帶寬和設備資源需求，同時嘗試確保可靠性和一定程度的交付保證。這些原則也使該協議成為連接設備的“物聯網”世界以及帶寬和電池電量非常寶貴的移動應用的理想選擇。

2.MQTT 是誰發明的?

MQTT 由 IBM 的 Andy Stanley-Clark 博士和 Arcom(現為 Eurotech)的 Arlen Nipper 于 1999 年發明。

3.MQTT用在什么地方?

自 1999 年以來，MQTT 已在各個行業廣泛實施。

4.MQTT 是標準嗎?

v5.0 和 v3.1.1 現已成為 OASIS 標準(v3.1.1 也已獲得 ISO 批準)。

5.是否有可供 MQTT 使用的標準端口?

是的。TCP/IP 端口 1883 已由 IANA 保留用于 MQTT。TCP/IP 端口 8883 也已注冊，用于通過 SSL 使用 MQTT。

6.MQTT 支持安全性嗎?

在協議 V3.1 中，您可以使用 MQTT 數據包傳遞用戶名和密碼。網絡上的加密可以使用 SSL 進行處理，獨立于 MQTT 協議本身(值得注意的是，SSL 不是最輕的協議，并且確實會增加大量的網絡開銷)。可以通過應用程序加密其發送和接收的數據來增加額外的安全性，但這不是協議內置的東西，以便保持簡單和輕量級。