MQTT-控制报文

简介

报文是网络中交换与传输数据的最小数据单元，即一次性需要发送的数据块。它包含发送的完整数据信息，长度不限且可变。MQTT客户端和服务端就是通过交换控制报文完成工作（如订阅主题、发布信息）的

以MQTT发送的信息为例，在客户端发送的数据中，不仅包含花括号里面的内容（也就是我们发送的信息），也包括一些其他内容，这两部分是一个整体（数据块），作为控制报文进行发送

常见的控制报文类型

MQTT定义了15种报文类型，可按功能分为三类：

1. 连接类：

值	报文名称	报文说明
1	CONNECT	用于客户端向服务器发起连接
2	CONNACK	作为响应返回连接的结果
12	PINGREQ	用于连接保持和探测，客户端定期发出 PINGREQ 报文向服务器表示自己仍然活跃
13	PINGRESP	用于连接保持和探测，客户端在发出 PINGREQ 报文后，根据 PINGRESP 报文是否及时返回判断服务器是否活跃。
14	DISCONNECT	想要结束通信，或者遇到了一个必须终止连接的错误，发送该报文关闭网络连接
15	AUTH	是 MQTT 5.0 引入的全新的报文类型，它仅用于增强认证，为客户端和服务端提供更安全的身份验证。

2. 发布类：

值	报文名称	报文说明
3	PUBLISH	用于发布消息
4	PUBACK	分别用于 QoS 1 和 QoS 2 消息的确认流程
5	PUBREC	分别用于 QoS 1 和 QoS 2 消息的确认流程
6	PUBREL	分别用于 QoS 1 和 QoS 2 消息的确认流程
7	PUBCOMP	分别用于 QoS 1 和 QoS 2 消息的确认流程

3. 订阅类：

值	报文名称	报文说明
8	SUBSCRIBE	用于客户端向服务器发送订阅
9	SUBACK	返回订阅结果
10	UNSUBSCRIBE	用于客户端向服务器发送取消订阅
11	UNSUBACK	返回取消订阅结果

控制报文的格式

报文主要由三部分组成：

1. 固定报头
2. 可变报头
3. 有效载荷

其中固定报头一定存在于所有的报文中，而后两个部分的存在情况取决于控制报文的类型

以 PINGREQ 类型报文为例，客户端会定期发出 PINGREQ 报文向服务器表示自己仍然活跃，它只包含固定报头，而不包含可变报头和有效载荷

又以 PUBLISH 类型报文为例，客户端使用 PUBLIC 报文发送消息，它包含以上的所有部分（固定报头、可变报头、有效载荷）

固定报头

固定报头由三个字段组成（表格视为整个固定报头）：

报文类型 Packet Type（4bit)	标志位 Flag（4bit）	剩余长度 Remain Length（1~4bit）

1. 报文类型：无符号整数，转换为十进制后，得到的值就对应控制报文的类型（值与报文类型的对应关系见上文表格）
2. 标识位：仅在 PUBLISH 报文中有明确定义，在其他类型的报文中作为保留位：
   • bit 3（DUP）表示当前报文是否为重传报文
   • bit 2、1（QoS）表示当前报文的质量等级
   • bit 0（Retain）表示当前报文是否为保留信息
3. 剩余长度：表示报文剩余部分的字节数，即可变报头+有效载荷的总字节数

可变报头

对于不同报文类型，可变报头的内容也不同

以 CONNECT 报文为例，它的可变报头包括五个字段：协议名称、协议级别、连接标识、保持活跃和属性

又以 PUBLISH 报文为例，它的可变报头包括三个字段：主题名称、报文标识和属性

其中属性字段基本上都是可变报头的最后一部分，在 MQTT 5.0 之后引入，包括如下组成部分：

-	属性长度 Length	属性内容（Property 1 ~ n）

属性通常是为了某个专门的用途而设计的，不同的报文，其支持的属性也不同

属性长度指所有属性的总长度，如果报文没有任何属性，那么属性长度就是0

有效载荷

用于实现报文的核心功能

以 PUBLISH 报文为例，载荷用于承载具体的消息内容

又以 SUBSCRIBE 报文为例，载荷包含了订阅主题和订阅选项

通过 Wireshark 获取报文

安装并进入 Wireshark 程序，选择需要监听的网卡，然后在搜索框内输入 MQTT 筛选出通过 MQTT 协议发送的消息

以下为不同情况下获取到的报文：

1. 连接服务端

   

2. 发送保活信息

   

3. 发送普通信息（从上到下分别为 QoS 0~2）

   

   

   

4. 订阅主题

   

5. 取消订阅主题

   

6. 断开连接