MQTT 系列之 MQTT broker 的连接

client 在可以发布和订阅消息之前，必须先连接到 broker，下面我们来看一下连接到 broker 的流程。

连接的建立由 Client 端发起，Client 端首先向 broker 发送一个 CONNECT 数据包，CONNECT 数据包包含以下内容（这里我们略过 fixed header）。

在 CONNECT 数据包可变头中，含有以下信息。

协议名称（Protocol name） ：值固定为 MQTT 字符。

协议版本 ：对于 MQTT311 来说，值为 4

用户名标识 ：消息体中是否有用户名字段， 1bit ， 0 或 1。

密码标识 ：消息体中是否有密码字段，1bit，0 或 1。

遗愿消息 Retain 标志（will retain） ：标识遗愿消息是否是 retain 消息，1 bit，0 或 1。

遗愿消息 QoS 标志 （will QoS） ：标志遗愿消息的 QoS 是否存在，1 bit，0 或 1。

会话清除标志（clean session） ：标识 Client 是否建立一个持久化的会话，1bit，0或1，当 clean session 的标识为 0 时，代表 client 希望建立一个之久的会话连接，broker 间存储该 client 订阅的主题和未接受的消息，否则broker不会存储这些数据，同时在建立连接时清除这个 client 之前的持久化会话保存的数据。

心跳保持（keep alive） ：设置一个单位为秒的时间间隔，client 和 broker 之间在这个时间内至少需要进行一次消息交互，否则 client 和 broker 会认为它们之间的连接已断开。

CONNECT 数据包的消息体中包含了以下数据。

客户端标识符（client identifier） ：Client Identifier 是用来标识 Client 身份的字段，在 MQTT311 的版本中，这个字段的长度是 1 到 23个字节，而且只能包含数字和26个字母（包括大小写），broker 通过这个字段来区分不同的 client。所有在连接的时候，client应该保证它的 identifier 是唯一的，通常我们可以使用比如 UUID，唯一的设备硬件标识，或者 Android 设备的 DEVICE_ID 等作为 Client identifier 的取值来源。MQTT 协议中要求 Client 连接时必须带上 Client Identifier，但是也允许 broker 在实现时 Client Identifier 为空，这时 Broker 会为 Client 分配一个内部唯一的 Identifier。如果你需要使用持久化会话，那就必须自己为 Client 设定一个唯一的 Identifier。

用户名（Username） ：如果可变头中的用户标识设为 1，那么消息体中将包含用户名字段，Broker 可以使用用户名和密码来对接入的 Client 进行验证，只允许已经授权的 Client 接入。注意不同的 Client 需要使用不同的 Client Identifier，但它们可以使用同样的用户名和密码进行连接。

密码（password） ：如果可变头中的密码标识为1，那么消息体中将包含密码字段。

遗愿主题（will topic） ：如果可变头中遗愿标识设为1，那么消息体中将包遗愿主题，当 Client 非正常地中断连接的时候，Broker将向指定的遗愿主题中发布遗愿消息。

遗愿消息（will message） ：如果可变头中的遗愿标志为1，那么消息体中将包含遗愿消息，当 Client 非正常地中断连接的时候，Broker 将向指定的遗愿主题中发布由该字段指定的内容。

当 broker 收到 client 的 CONNECT 数据包之后，将检查并校验 CONNECT 数据包的内容，之后回复 Client 一个 CONNACK 数据包。

CONNACK 数据包包含以下内容（这里略过 Fixed header）。

CONNACK 数据包的可变头中，含有如下信息：

会话存在标识（Session Present Flag） ：用于标识在 Broker 上，是否存在该 client（用 client identifier 区分）的持久性会话，1bit，0或1。当 Client 在连接时设置 clean session = 1 ，则 CONNACK 中的 Session Present Flag 始终为 0；当 client 在连接时设置 clean session = 0 时，那么分为两种情况：如果 broker 上面保存了这个 Client 之前留下的持久性会话，那么 CONNACK 中的 session present flag 值为 1，如果 broker 没有保存该 client 的任何会话数据，那么 CONNACK 中 session present flag 值为 0

连接返回码： 用于标识 client 是否连接建立成功，连接返回码如下：

在这里强调一下 code 4 和 5。Return Code 4 在 MQTT 协议中的含义是 Username 和 Password 的格式不正确，但是在大部分的 Broker 实现中，在使用错误的用户名密码时，得到的返回码也是 4。所以这里我们认为 4 就是代表错误的用户名或密码。Return Code 5 一般在 Broker 不使用用户名和密码而使用 IP 地址或者 Client Identifier 进行验证的时候使用，来标识 Client 没有通过验证。

CONNACK 没有 payload。

Client 主动关闭连接的流程很简单，只需要向 broker 发送一个 DISCONNECT 数据包就可以了。DISCONNECT 数据包没有可变头和消息体。在 Client 发送完 DISCONNECT 后，无需等待 broker 的回复（broker 也不会有回复），直接关闭底层的 tcp 连接即可。

MQTT 协议规定 Broker 在没有收到 Client 的 DISCONNECT 数据包之前都应该保持和 Client 连接，只有 Broker 在 Keep Alive 的时间间隔里，没有收到 Client 的任何 MQTT 数据包的时候会主动关闭连接。一些 Broker 的实现在 MQTT 协议上做了一些拓展，支持 Client 的连接管理，可以主动地断开和某个 Client 的连接。

Broker 主动关闭连接之前不会向 Client 发送任何 MQTT 数据包，直接关闭底层的 TCP 连接就完事了。

MQTT协议是为大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：

1、使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合；

2、对负载内容屏蔽的消息传输；

3、使用 TCP/IP 提供网络连接；

4、有三种消息发布服务质量：

“至多一次”，消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。

“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

“只有一次”，确保消息到达一次。这一级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。

5、小型传输，开销很小（固定长度的头部是 2 字节），协议交换最小化，以降低网络流量；

6、使用 Last Will 和 Testament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制；

首先推荐使用 MQTT-Client-FrameWork ,现在还一直维护,而且有什么问题提issue也有人回答,MQTT-Client-FrameWork 包提供的客户端类有 MQTTSession 和 MQTTSessionManager，建议使用后者维持静态资源，而且已经封装好自动重连等逻辑。初始化时需要传入相关的网络参数。具体如下：

---参数解释---

值为1，服务器需要立刻清理连接状态数据。

(tips:断线重连时 如果为yes,会自动订阅回消息,如果为no,则要手动订阅topic,不然会收不到消息)

双向认证方法:让后台生成 cacrt 和 clientp12文件(clientp12文件由clientcrt和clientkey合成) 我使用的是自签证书

1使用命令行把crt转化为der格式

// 获取服务器返回数据

另外提供一个未封装的session的双向认证方法:

参考:

有很多通信模块只有TCP功能，没有MQTT功能，比如WIFI，W5500等模块，还有一些NBIOT模块，但是又想连接阿里云物联网平台，官方提供了操作系统，需要自己移植，很麻烦，比较难看得懂。就在想有没有一些简单一定的方法。

心想MQTT是基于TCP的，能否使用TCP转MQTT？因此就想使用TCP协议然后转MQTT协议连接阿里云物联网平台，经过试验证明是可以的。

首先我们先分析一下如何登陆接入Onenet平台。

先从它数据格式开始分析。首先我们要从后台取出三个信息，我们以这个为例。

我们把产品ID，设备名称，设备秘钥，简称三要素 (具体是什么看你自己的设备)

其实阿里云物联网平台的MQTT协议用的就是标准的，不过它加入了自己的认证方式。

MQTT协议需要上传四个参数，报活时间，clientID，用户名，密码。

那么阿里云的就在clientID，用户名，密码做了手脚。

clientID比较长，按照一定的格式

用户名：设备名和秘钥组成

密码：使用了加密串进行了加密，有sha1或者MD5加密方式

下面我们来介绍一下

MQTT接入都是发十六进制的数据。

么我们发送的时候就是这样子的一串数据

0x74 0x00 0x04 0x4d 0x51 0x54 0x54 0x04 0xC0 0078 0033 0x61 0x62 0x63 0x7c 0x73 0x65 0x63 0x75 0x72 0x65 0x6d 0x6f 0x64 0x65 0x3d 0x33 0x2c 0x73 0x69 0x67

0x6e 0x6d 0x65 0x74 0x68 0x6f 0x64 0x3d 0x68 0x6d 0x61 0x63 0x73 0x68 0x61 0x31 0x2c 0x74 0x69 0x6d 0x65 0x73 0x74 0x61 0x6d 0x70 0x3d 0x31 0x32 0x30 0x7c 0009

0x35 0x36 0x37 0x38 0x26 0x31 0x32 0x33 0x34 0028 0x32 0x32 0x32 0x37 0x35 0x30 0x44 0x45 0x44 0x46 0x45 0x34 0x46 0x37 0x37 0x34 0x30 0x30 0x32 0x45 0x45 0x38 0x37 0x45 0x45 0x44 0x32 0x39 0x43 0x46 0x44 0x30 0x36 0x33 0x38 0x43 0x35 0x46 0x36 0x36

十六进制解释

数据长度：0x74

协议数据长度 0x00 0x04

协议类型： 0x4d 0x51 0x54 0x54

协议数据： 0x04 0xC0

keepAlive数据:0078

ClientID长度:0033

ClientID: 0x61 0x62 0x63 0x7c 0x73 0x65 0x63 0x75 0x72 0x65 0x6d 0x6f 0x64 0x65 0x3d 0x33 0x2c 0x73 0x69 0x67 0x6e 0x6d 0x65 0x74 0x68 0x6f 0x64 0x3d 0x68 0x6d 0x61 0x63 0x73 0x68 0x61 0x31 0x2c 0x74 0x69 0x6d 0x65 0x73 0x74 0x61 0x6d 0x70 0x3d 0x31 0x32 0x30 0x7c

用户名:0009

用户名: 0x35 0x36 0x37 0x38 0x26 0x31 0x32 0x33 0x34

密码长度：0028

密码: 0x32 0x32 0x32 0x37 0x35 0x30 0x44 0x45 0x44 0x46 0x45 0x34 0x46 0x37 0x37 0x34 0x30 0x30 0x32 0x45 0x45 0x38 0x37 0x45 0x45 0x44 0x32 0x39 0x43 0x46 0x44 0x30 0x36 0x33 0x38 0x43 0x35 0x46 0x36 0x36复制代码上面的就是连接服务器的连接包

下面呢，我们来做个发布包(上传数据到服务器)

0x30 0x1D 0009 2f7379732f706f7374 0x7b 0x70 0x61 0x72 0x61 0x6d 0x73 0x3a 0x7b 0x74 0x65 0x6d 0x70 0x3a 0x31 0x30 0x7d 0x7d

十六进制数据解释

数据头：0x30

数据长度：0x1D

TopicName数据长度：0009

TopicName数据内容：2f7379732f706f7374

主体json数据: 0x7b 0x70 0x61 0x72 0x61 0x6d 0x73 0x3a 0x7b 0x74 0x65 0x6d 0x70 0x3a 0x31 0x30 0x7d 0x7d复制代码以上就是连接阿里云的数据包格式及发布数据的格式，由于时间问题没有做订阅的数据包分析，下一次更新订阅的内容。