前言

EMQX官方檔案:EMQX官方檔案

一、MQTT協議介紹

1. 物聯網的通信協議:

設備與設備之間要進行互動 這個應該是什么樣的格式 設備與平臺 設備與人要進行互動 這個資料應該是什么格式 都是協議來定義的
物聯網的協議必須針對物聯網的通信有幾個關鍵的問題需要解決
第一個問題 :
物聯網設備所處的網路環境復雜 :
比如有的地方設備環境網路不是特別穩 有的設備所在環境相對比較好
這可能會導致有一些設備一會在線 一會不在線
那設備與設備 設備與平臺之間要進行訊息的互動 因為網路的原因 這些資料有可能被接收到也有可能會接收不到 那這個通信協議就必須具備能保證這個訊息資料整體發送的質量 就是訊息一定 要被接收到
第二個問題 ：
這些物理設備在這個設備上裝一些芯片 傳感器 那么這些芯片上都會去嵌入一些程式 那這些程式在運行程序中 記憶體不是很大 處理能力不強 那么在芯片上的程式不能特別大
處理資料不能特別繁瑣 也不能去處理很大量的資料 那這些問題都是物聯網通信協議需要去考慮的問題

MQTT協議就是專門在物聯網行業中對這些問題有非常好的解決方案

MQTT 是基于 Publish/Subscribe 模式的物聯網通信協議，憑借簡單易實作、支持 QoS、報文小等特點，占據了物聯網協議的半壁江山：

mqtt官網：http://mqtt.org/
mqtt中文網：http://mqtt.p2hp.com/

傳統的請求回應模型 服務端不會主動發送請求給客戶端 一個請求對應一個回應

2.MQTT 協議特點

1.簡單.
2.支持訊息服務質量 解決因為網路環境的復雜.不可靠導致的訊息不能被安全可靠傳輸的問題
3.發送的報文資料小 占用帶寬小 解決芯片存盤數小的問題

一次訂閱成功之后 后續只要客戶端有資料發送過來
MQTT服務端主動將資料推送給pc端或者手機端
極少的代碼有限的帶寬 為遠程的一些設備提供實時可靠的訊息服務本身性能網路開銷小

3. MQTT協議設計規范

由于物聯網的環境是非常特別的，所以MQTT遵循以下設計原則：
（1）精簡，不添加可有可無的功能；
（2）發布/訂閱（Pub/Sub）模式，方便訊息在傳感器之間傳遞，解耦Client/Server模式，帶來的好處在于不必預先知道對方的存在（ip/port），不必同時運行；
（3）允許用戶動態創建主題（不需要預先創建主題），零運維成本；
（4）把傳輸量降到最低以提高傳輸效率；
（5）把低帶寬、高延遲、不穩定的網路等因素考慮在內；
（6）支持連續的會話保持和控制（心跳）；
（7）理解客戶端計算能力可能很低；
（8）提供服務質量（ quality of service level：QoS）管理；
（9）不強求傳輸資料的型別與格式，保持靈活性（指的是應用層業務資料），

4.MQTT協議主要特性

MQTT協議作業在低帶寬、不可靠的網路的遠程傳感器和控制設備通訊,而設計的協議，它具有以下主要的幾項特性;
(1)開放訊息協議，簡單易實作，
(2)使用發布/訂閱訊息模式，提供一對多的訊息發布，解除應用程式耦合，
(3)對負載(協議攜帶的應用資料)內容屏蔽的訊息傳輸，
(4)基于TCP/IP網路連接,提供有序，無損，雙向連接，
主流的MQT是基于TCP連接進行資料推送的，但是同樣有基于UDP的版本，叫做MQTT-SN，
這兩種版本由于基于不同的連接方式，優缺點自然也就各有不同了，
(5)訊息服務質量(Q0S)支持，可靠傳輸保證;有三種訊息發布服務質量:
QoS0:“至多一次"，訊息發布完全依賴底層TCP/IP網路，會發生訊息丟失或重復，這一級別可用
如下情況，環境傳感器資料，丟失一次讀記錄無所謂，因為不久后還會有第二次發送，這一種方式主要普通APP的推送，倘若你的智能設備在訊息推送時未聯網，推送過去沒收到，再次聯網也就收不了，
QoS1:“至少一次"，確保訊息到達，但訊息重復可能會發生， 在支付情況在不可取
QoS2:“只有一次"，確保訊息到達一次，在一些要求比較嚴格的計費系統中，可以使用此級別，在計費系統中，訊息重復或丟失會導致不正確的結果，這種最高質量的訊息發布服務還可以用于即時通訊類的APP的推送，確保用戶收到且只會收到一次，
(6)1位元組固定報頭，2位元組心跳報文，最小化傳輸開銷和協議交換，有效減少網路流量,
這就是為什么在介紹里說它非常適合"在物聯網領域，傳感器與服務器的通信，資訊的收集，要知道嵌入式設備的運算能力和帶寬都相對薄弱，使用這種協議來傳遞訊息再適合不過了，
(7)在線狀態感知:使用Last Will和Testament特性通知有關各方客戶端例外中斷的機制，
服務端和客戶端有心跳感知 服務端實實檢測客戶端或者設備的狀態
Last Wi:即遺言機制，用于通知同一主題下的其他設備，發送遺言的設備已經斷開了連接，
當客戶端下線 服務端幫客戶端執行某一件事情
Testament:遺囑機制，功能類似于Last Will.

5.MQTT協議實作方式

實作MQTT協議需要客戶端和服務器端通訊完成，在通訊程序中，MQTT協議中有三種身份:
發布者(Publish)、代理(Broker)(服務器)，訂閱者(Subscribe)，其中，訊息的發布者和訂閱者都是客戶端訊息代理是服務器，訊息發布者可以同時是訂閱者，
MQTT傳輸的訊息分為:主題(Topic)和負載(payload)兩部分:
(1) Topic，可以理解為訊息的型別，訂閱者訂閱(Subscribe)后，就會收到該主題的訊息內容(payload);
(2) payload，可以理解為訊息的內容，是指訂閱者具體要使用的內容

6.MQTT客戶端

一個使用MQTT協議的應用程式或者設備，它總是建立到服務器的網路連接，客戶端可以:
(1)發布其他客戶端可能會訂閱的資訊;
(2)訂閱其它客戶端發布的訊息;
(3)退訂或洗掉應用程式的訊息;
(4)斷開與服務器連接

7.MQTT服務器端

MQTT服務器以稱為"訊息代理”(Broker)，可以是一個應用程式或一臺設備，它是位于訊息發布者和訂閱者之間，它可以:
(1)接受來自客戶的網路連接;
(2)接受客戶發布的應用資訊;
(3)處理來自客戶端的訂閱和退訂請求;
(4)向訂閱的客戶轉發應用程式訊息，

8. 發布/訂閱、主題、會話

MQTT 是基于 發布(Publish)/訂閱(Subscribe) 模式來進行通信及資料交換的，與 HTTP 的 請求(Request)/應 答(Response) 的模式有本質的不同，
訂閱者(Subscriber) 會向 訊息服務器(Broker) 訂閱一個 主題(Topic) ，成功訂閱后，訊息服務器會將該主題下的訊息轉發給所有的訂閱者，
主題(Topic)以 ‘/’ 為分隔符區分不同的層級，包含通配符 ‘+’ 或 ‘#’ 的主題又稱為 主題過濾器(Topic Filters); 不含通配符的稱為 主題名(Topic Names) 例如:

chat/room/1
sensor/10/temperature
sensor/+/temperature
$SYS/broker/metrics/packets/received
$SYS/broker/metrics/#

‘+’: 表示通配一個層級，例如a/+，匹配a/x, a/y
‘#’: 表示通配多個層級，例如a/#，匹配a/x, a/b/c/d
注: ‘+’ 通配一個層級，’#’ 通配多個層級(必須在末尾)，

發布者(Publisher) 只能向 ‘主題名’ 發布訊息，訂閱者(Subscriber) 則可以通過訂閱 ‘主題過濾器’ 來通配多個主題名稱，
會話（Session）
每個客戶端與服務器建立連接后就是一個會話，客戶端和服務器之間有狀態互動，會話存在于一個網路之間，也可能在客戶端和服務器之間跨越多個連續的網路連接，

9. MQTT協議中的方法

MQTT協議中定義了一些方法（也被稱為動作），來于表示對確定資源所進行操作，這個資源可以代表預先存在的資料或動態生成資料，這取決于服務器的實作，通常來說，資源指服務器上的檔案或輸出，主要方法有：
（1）CONNECT：客戶端連接到服務器
（2）CONNACK：連接確認
（3）PUBLISH：發布訊息
（4）PUBACK：發布確認
（5）PUBREC：發布的訊息已接收
（6）PUBREL：發布的訊息已釋放
（7）PUBCOMP：發布完成
（8）SUBSCRIBE：訂閱請求
（9）SUBACK：訂閱確認
（10）UNSUBSCRIBE：取消訂閱
（11）UNSUBACK：取消訂閱確認
（12）PINGREQ：客戶端發送心跳
（13）PINGRESP：服務端心跳回應
（14）DISCONNECT：斷開連接
（15）AUTH：認證

10.MQTT協議資料包結構

官方檔案中對于MQTT協議包的結構有著具體的說明：http://mqtt.org/documentation

二、EMQX簡介

MQTT屬于是物聯網的通信協議，在MQTT協議中有兩大角色：客戶端（發布者/訂閱者），服務端（Mqtt
broker）；針對客戶端和服務端需要有遵循該協議的的具體實作，EMQ/EMQ X就是MQTT Broker的一種實作，
EMQ官網：https://www.emqx.io/cn/
EMQ X 是開源百萬級分布式 MQTT 訊息服務器（MQTT Messaging Broker），用于支持各種接入標準 MQTT協議的設備， 實作從設備端到服務器端的訊息傳遞，以及從服務器端到設備端的設備控制訊息轉發，從而實作物聯網設備的資料采集，和對設備的操作和控制，

1. EMQ X服務端環境搭建與配置

1.1安裝

EMQ X 目前支持的作業系統:
Centos6
Centos7
OpenSUSE tumbleweed
Debian 8
Debian 9
Debian 10
Ubuntu 14.04
Ubuntu 16.04
Ubuntu 18.04
macOS 10.13
macOS 10.14
macOS 10.15
產品部署建議 Linux 服務器，不推薦 Windows 服務器，
安裝包下載鏈接:https://www.emqx.io/cn/downloads#broker
更多安裝教程:https://docs.emqx.cn/broker/v4.3/getting-started/install.html

Shell 腳本一鍵安裝 (Linux)

 curl https://repos.emqx.io/install_emqx.sh | bash

1. 獲取 Docker 鏡像

 docker pull emqx/emqx:4.3.7

2. 啟動 Docker 容器

docker run -d --name emqx -p 1883:1883 -p 8081:8081 -p 8083:8083 -p 8084:8084 -p 8883:8883 -p 18083:18083 emqx/emqx:4.3.7

1.2啟動

當 EMQ X 成功運行在你的本地計算機上且 EMQ X Dashboard 被默認啟用時，通過訪問
http://localhost:18083 來查看Dashboard，默認用戶名是 admin ，密碼是 public ，