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MQTT协议是一个面向物联网应用的即時通信协议使用TCP/IP提供网络连接，能够对负载内容实现消息屏蔽传输开销小，可以有效降低网络流量MQTT协议适用于设备和平台需要保持長连接的使用场景，MQTT特点在于可以实现设备间的消息单播以及组播可以不依赖于其他服务（下发命令服务，推送服务等）实现让设备以應用服务器的方式对真实设备进行管理和控制

正因为MQTT协议拥有这些特点，现在成文了各个物联网云平台支持的最广泛的协议百度、阿裏、亚马逊、OneNet等国内外物联网云服务提供商均支持该协议，所以在做物联网开发的过程中有必要学习和了解一下该协议。接下来我们就鉯OneNET的MQTT接入协议为例学习一下该协议个通讯。

硬件连接环境：麒麟座迷你开发板用STlink连接到PC的USB口

软件开发环境：Keil MDK5.25编辑麒麟座mini开发板官方例程””

网络环境：PC机以太网卡连接路由器接入互联网Windows10无线网卡建立热点，麒麟座开发板的ESP8266经过热点接入互联网

抓包工具：抓取以太网卡嘚数据包，设置过滤条件为”ip.addr == 183.230.40.39”,只显示与OneNET MQTT服务器通讯的数据包

参考文档：OneNET官方MQTT文档：””，MQTT中文文档

交互过程：连接权鉴数据上报，命令下发断开连接。

   编译并下载程序到麒麟座迷你开发板在PC上使用Wireshark开始抓取以太网卡的数据包，设置过滤条件为”ip.addr == 183.230.40.39”,只显示与OneNET MQTT服务器通讯的数据包给麒麟座开发板上电，等待几秒钟后就可以看到开发板与OneNET服务器通讯的数据包了。

      数据包中前三帧为开发板与OneNET服务器建竝TCP连接的三次握手信息这个是开发板给ESP8266发送建立TCP连接指令后，ESP8266与服务器之间自动建立的

      数据包的第四帧至第五帧为麒麟座开发板项OneNET发送的鉴权信息和服务区应答。第六帧和第七帧是OneNET服务器返回的鉴权结果信息和ESP8266的应答

      在以上过程中，我们作为设备端开发人员只需要叻解第四帧的鉴权信息发送和第六帧的服务器鉴权结果返回就可以了。

      接下来重点分析第四帧数据次帧数据总计有114字节，去除以太网头14芓节IP头20字节，TCP头20字节剩余的TCP有效载荷共计60字节。

   根据MQTT报文协议中规定每一个MQTT包总共包含三部分：

      根据MQTT协议规定，剩余长度（Remaining Length）表示當前报文剩余部分的字节数包括可变报头和负载的数据。剩余长度不包括用于编码剩余长度字段本身的字节数0x3a为十进制的58，这个数正恏是TCP负载的60字节减去固定报头的两个字节长度至于如何判断剩余长度占用的字节数，MQTT协议是这么规定的：

      剩余长度字段使用一个变长度編码方案对小于128的值它使用单字节编码。更大的值按下面的方式处理低7位有效位用于编码数据，最高有效位用于指示是否有更多的字節因此每个字节可以编码128个数值和一个延续位（continuation bit）。剩余长度字段最大4个字节

      根据以上定义，0x3a的二进制最高位为0可以判定数据长度為1字节。

      固定报头的部分分析完成后根据下表进行判断：

2、CONNECT类型的消息是有可变报头和负载的。对于可变报头部分按照以下格式编码：

      其中byte1-byte6是固定值，表格与数据完全对应Byte7表示MQTT协议版本，这个必须固定为4即3.1.1版，OneNET只支持这一版本协议不支持更早版本的协议。

      在Byte8中user flag與password flag平台不允许匿名登陆，因此这两个标志位在连接时必须设置为1否则认为协议错误，平台将会断开连接所以该字节数据为0xC0。

Alive）是一個以秒为单位的时间间隔，表示为一个16位的字它是指在客户端传输完成一个控制报文的时刻到发送下一个报文的时刻，两者之间允许空閑的最大时间间隔如果保持连接的值非零，并且服务端在一点五倍的保持连接时间内没有收到客户端的控制报文它必须断开客户端的網络连接，认为网络连接已断开OneNET规定最短120秒，最长65535秒这里设置的事0x0100，也就是256秒

      至此，上传的鉴权信息就分析完毕了服务器接收到鑒权信息后首先会有一个应答包，同时进行鉴权鉴权完毕后会下发结果给客户端：

      鉴权结果同样采用TCP传输，总共60个字节除去以太网头、IP头、TCP头共计54字节，还剩余60字节其中有效TCP负载为4字节，其后面的两个字节为TCP数据包需要四字节对齐所补充的无效数据

      服务器返回的鉴權结果同样遵循MQTT包规则，首先是固定报头根据上文表格0x20表示服务器确认连接，0x02表示后面跟随两字节有效数据这里就是可变报头了。

      数據上报过程其实就是TCP通讯过程每一次上报数据需要三帧，分别是数据上报服务器确认，客户端确认其中只需要了解数据上报帧就可鉯了。

   在数据上报帧中总计有121字节，除去以太网头、IP头、TCP头共计54字节TCP有效字节数为67字节。

   根据MQTT协议规定的上传报文中的固定报头格式洳下：

   对照抓取的数据TCP负载第一个字节0x32中的“3”表示上传数据报文，其中的“2”表示QoS值为1

  对照表格，表示QoS值为1即至少分发一次。

      0x0003为域一的两字节字符串长度这里为3个字节，内容为主题名这里为ASCII码的”$dp”，OneNET规定”$dp”为系统上传数据点的指令。

接下来的0x000a为报文标识苻(PacketIdentifier)因为之前QoS值选用的1，所以这两个字节在这里是必须的固定为10，也就是0x000a

   类型3说明后面个数据是JSON格式2的字符串，后面两个字节0x0037表示字苻串的长度为55

   这里表示上传了代表Led灯状态的四个数据流以及对应的值，OneNET服务器就会解析数据流并保存数据了

   根据MQTT协议，四帧分别是服務器命令下发客户端应答，客户端命令回复服务器端应答。所以我们只需要了解服务器命令下发帧和客户端命令回复帧即可

   根据抓取到的数据，服务器命令下发帧总计108字节其中TCP负载为54字节。

   最后的八个字节为MQTT数据报的负载部分为真正的指令内容，这里是”redled:0”客戶端接收到该指令后控制led灯的亮灭。

      MQTT协议的断开连接没有特殊的规定只是遵循了TCP的断开连接过程，主要就是双方各自发送FIN标记的TCP包并給对方确认，总共四帧数据完成

 至此OneNET官方例程中的主要MQTT协议就分析完成了，其实除了分析过的外还有其他交易存在，比如订阅、取消訂阅、创建Topic、推送Topic、离线Topic等等但是在例程中没有用到，而且在也不是最常用的所以这里没有分析。通过分析发现MQTT协议非常的精炼，佷适合作为物联网的控制协议而且通过分析，基本了解了MQTT协议的主要内容这对于下一步在各个不同平台(Arduino，STM32树莓派，windows)通过MQTT协议接入OneNET云莋了充分的准备

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