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MQTT協議詳解一、MQTT簡介

MQTT協議詳解二、MQTT控制包格式

前言

本章接詳細介紹MQTT的控制包資料組成，

一、MQTT控制包格式

MQTT控制包由一下三個部分組成

順序	名稱	描述
1	固定包頭	所有MQTT包中
2	可變包頭	某些MQTT包中
3	載荷	某些MQTT包中

二、固定包頭

Bit	7	6	5	4	3	2	1	0
byte1	控制包型別				控制包型別標識
byte2	剩余長度

控制包型別

位置：第一個位元組

名稱	值	傳輸方向	描述
Reserved	0		保留
CONNECT	1	客戶端 --> 服務端	客戶端連接請求
CONNACK	2	服務端 --> 客戶端	服務器回應客戶端連接請求
PUBLISH	3	客戶端 --> 服務端 OR 服務端 --> 客戶端	發布訊息
PUBACK	4	客戶端 --> 服務端 OR 服務端 --> 客戶端	發布訊息回應
PUBREC	5	客戶端 --> 服務端 OR 服務端 --> 客戶端	發布訊息到達 (交付第一步 )
PUBREL	6	客戶端 --> 服務端 OR 服務端 --> 客戶端	發布訊息釋放 (交付第二步)
PUBCOMP	7	客戶端 --> 服務端 OR 服務端 --> 客戶端	發布訊息完成 (交付第三步)
SUBSCRIBE	8	客戶端 --> 服務端	客戶端訂閱請求
SUBACK	9	服務端 --> 客戶端	服務器回應客戶端訂閱請求
UNSUBSCRIBE	10	客戶端 --> 服務端	取消訂閱請求
UNSUBACK	11	服務端 --> 客戶端	回應取消訂閱請求
PINGREQ	12	客戶端 --> 服務端	心跳請求
PINGRESP	13	服務端 --> 客戶端	心跳回應
DISCONNECT	14	客戶端 --> 服務端	客戶端斷開連接
Reserved	15		保留

控制包型別標識

控制包型別	固定標志	bit3	bit2	bit1	bit0
CONNECT	保留	0	0	0	0
CONNACK	保留	0	0	0	0
PUBLISH	根據實際傳輸情況設定	DUP	QoS	QoS	RETAIN
PUBACK	保留	0	0	0	0
PUBREC	保留	0	0	0	0
PUBREL	保留	0	0	1	0
PUBCOMP	保留	0	0	0	0
SUBSCRIBE	保留	0	0	1	0
SUBACK	保留	0	0	0	0
UNSUBSCRIBE	保留	0	0	1	0
UNSUBACK	保留	0	0	0	0
PINGREQ	保留	0	0	0	0
PINGRESP	保留	0	0	0	0
DISCONNECT	保留	0	0	0	0

DUP = 重復發送PUBLISH包

QoS = PUBLISH包訊息質量

RETAIN = PUBLISH 保留標識

剩余長度

位置：第二個位元組

剩余長度是指當前包中的剩余位元組，包括可變包頭的資料以及載荷，剩余長度不包含用來編碼剩余長度的位元組，

剩余長度怎么計算呢？說實話，我看了官方的描述很懵逼，但是看代碼后就很清晰了，

占用位元組	起始數值	結束數值
1	0（0x00）	127（0x7F）
2	128（0x80， 0x01）	16383（0xFF，0x7F）
3	16384（0x80，0x80，0x01）	2097151（0xFF，0xFF，0x7F）
4	2097152（0x80， 0x80，0x80，0x01）	268435455（0xFF，0xFF，0xFF，0x7F）

下面是編碼部分代碼，可以直接放在—》C語言在線編輯器上試一下

#include <stdio.h>

int main(void) { 
    int encodedByte = 0;
    int X = 2097152;//想要進行編碼的長度
    int index = 1;
    do{
        encodedByte = X % 128;
        X = X / 128;
        if ( X > 0 )
            encodedByte = encodedByte | 128;
        printf("編碼第%d位元組=%X(HEX)\n",index++,encodedByte);     
     }while ( X > 0 );
     
    return 0;
}

接下來是解碼部分代碼，也可以在—》C語言在線編輯器上試一下

#include <stdio.h>

int main(void) { 
    int multiplier = 1;
    int buff[4] = {0x80,0x80,0x80,0x01};
    int value = 0;    
    int temp = 0;
    int index = 0;
    
    do{
        temp = buff[index++];//index先運算，再累加
        value += ( temp & 127) * multiplier;
        multiplier *= 128;
    }while((temp & 128) != 0 );
    
    printf("MQTT控制包長度%d位元組",value);
	return 0;
}

三、可變包頭

某些型別的MQTT控制包包含一個可變包頭結構，位于固定包頭和載荷之間，可變包頭的內容取決于包的型別，可變包頭中的包識別符號欄位在大多型別的包中比較常見，

資料包標識

Bit	7	6	5	4	3	2	1	0
byte1	包標識最高有效位
byte2	包標識最低有效位

許多控制資料包型別的可變報頭組件都包含一個2位元組的資料包識別符號欄位，這些控制資料包是PUBLISH（QoS> 0），PUBACK，PUBREC，PUBREL，PUBCOMP，SUBSCRIBE，SUBACK，UNSUBSCRIBE和UNSUBACK，

SUBSCRIBE，UNSUBSCRIBE和PUBLISH（在QoS> 0的情況下）控制包必須包含一個非零的16位包識別符號 ，每當客戶端發送一個新的資料包（以上四種型別）時，客戶端必須給該資料包分配一個當前未使用的資料包識別符號，如果客戶端重新發送一個特定的控制包，則它必須在該包的后續重新發送中使用相同的包識別符號，在客戶端處理了相應的確認資料包后，資料包識別符號就可以重用，在QoS 1 PUBLISH的情況下，這是對應的PUBACK；在QoS 2的情況下，它是PUBCOMP，對于SUBSCRIBE或UNSUBSCRIBE，它是對應的SUBACK或UNSUBACK ，當服務器發送QoS> 0 的PUBLISH時，同樣的條件也適用于服務器，

如果其QoS值設定為0，則PUBLISH資料包不得包含資料包識別符號，因為Qos=0時，是不會得到回應的，

PUBACK，PUBREC或PUBREL資料包必須包含與最初發送的PUBLISH資料包相同的資料包識別符號，類似地，SUBACK和UNSUBACK必須包含分別在相應的SUBSCRIBE和UNSUBSCRIBE資料包中使用的資料包識別符號，

控制包型別	是否包含識別符號欄位
CONNECT	否
CONNACK	否
PUBLISH	是（當Qos>0時）
PUBACK	是
PUBREC	是
PUBREL	是
PUBCOMP	是
SUBSCRIBE	是
SUBACK	是
UNSUBSCRIBE	是
UNSUBACK	是
PINGREQ	否
PINGRESP	否
DISCONNECT	否

客戶端和服務端各自獨立分配唯一標識，但是，一對客戶端和服務端交換資料的時候可以使用相同的唯一標識，

四、載荷

有些MQTT控制包的最后一部分會包含載荷，其實負載就是想要傳遞的資料，

控制包型別	負載
CONNECT	必須
CONNACK	無
PUBLISH	可選（可以空載）
PUBACK	無
PUBREC	無
PUBREL	無
PUBCOMP	無
SUBSCRIBE	必須
SUBACK	必須
UNSUBSCRIBE	必須
UNSUBACK	無
PINGREQ	無
PINGRESP	無
DISCONNECT	無

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