物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之MQTT-CoAP簡介

1、11物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之MQTT、CoAP簡介目錄CoAP010203常用消息傳輸協(xié)議MQTT22消息傳遞1.同步消息傳遞2.異步消息傳遞TCPUDPHTTPJava消息傳遞服務(wù)（Java Messaging Service (JMS)）高級消息隊列協(xié)議（Advanced Message Queueing Protocol (AMQP)）消息隊列遙測傳輸（Message Queueing Telemetry Transport (MQTT)）受限制的應(yīng)用協(xié)議（Constrained Application Protocol( CoAP) ）23CoAP010203常用消息傳輸協(xié)議MQTT24MQTTM

2、QTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸） 是IBM主導(dǎo)開發(fā)的一個即時通訊協(xié)議，其發(fā)展歷史大致如下：1999年，IBM和Arcom共同發(fā)明了MQTT協(xié)議。2004年，MQTT.org開放了論壇，供大家廣泛參與。2011年，IBM建立了Eclipse開源項目Paho，并貢獻(xiàn)了代碼。EclipsePaho是MQTT的Java實現(xiàn)版本。2013年，OASIS MQTT技術(shù)規(guī)范委員會成立2014年，MQTT正式成為推薦的物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。25MQTT特性（1）使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合。（2）對負(fù)載內(nèi)容屏蔽的

3、消息傳輸。（3）使用TCP/IP提供網(wǎng)絡(luò)連接。（4）有三種消息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）（5）小型傳輸，開銷很?。ü潭ㄩL度的頭部是2字節(jié)），協(xié)議交換最小 化，以降低網(wǎng)絡(luò)流量。（6）使用Last Will和Testament特性通知有關(guān)各方客戶端異常中斷的機制。26MQTT發(fā)布者代理訂閱者發(fā)布消息27訂閱消息推送消息發(fā)布者（Publish）訂閱者（Subscribe）代理（Broker）（服務(wù)器）MQTTMQTT傳輸?shù)南⒎譃椋褐黝}（Topic）和負(fù)載（payload）Topic，可以理解為消息的類型，本質(zhì)上就是一個UTF-8的字符串，不 過可以通過反斜杠表示多

4、個層級關(guān)系。主題并不需要創(chuàng)建，直接使用；主題還可以通過通配符進(jìn)行過濾。其中，+可以過濾一個層級，而#只能出 現(xiàn)在主題最后表示過濾任意級別的層級。訂閱者訂閱（Subscribe）后，就 會收到該主題的消息內(nèi)容（payload）；payload，可以理解為消息的內(nèi)容，是指訂閱者具體要使用的內(nèi)容。例：building-b/floor-5：代表B樓5層的設(shè)備。+/floor-5：代表任何一個樓的5層的設(shè)備。building-b/#：代表B樓所有的設(shè)備。注:MQTT允許使用通配符訂閱主題，但是并不允許使用通 配符廣播。28MQTT-消息類型MQTT擁有14種不同的消息類型CONNECT：客戶端連接到MQ

5、TT代理 CONNACK：連接確認(rèn) PUBLISH：新發(fā)布消息PUBACK：新發(fā)布消息確認(rèn)，是QoS 1給PUBLISH消息的回復(fù) PUBREC：QoS 2消息流的第一部分，表示消息發(fā)布已記錄 PUBREL：QoS 2消息流的第二部分，表示消息發(fā)布已釋放 PUBCOMP：QoS 2消息流的第三部分，表示消息發(fā)布完成 SUBSCRIBE：客戶端訂閱某個主題SUBACK：對于SUBSCRIBE消息的確認(rèn) UNSUBSCRIBE：客戶端終止訂閱的消息UNSUBACK：對于UNSUBSCRIBE消息的確認(rèn)PINGREQ：心跳PINGRESP：確認(rèn)心跳DISCONNECT：客戶端終止連接前優(yōu)雅地通知MQ

6、TT代理29MQTT-QoSQoS Level 0：至多一次QoS Level 1：至少一次，有可能重復(fù)QoS Level 2：只有一次，確保消息只到達(dá)一次1010MQTT1011MQTT-安全MQTT提供了多個層次的安全特性：網(wǎng)絡(luò)層：有條件可以通過拉專線或者使用VPN來連接設(shè)備與MQTT代理，以提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩?。傳輸層：傳輸層使用TLS加密是確保安全的一個好手段，可以防止中間人攻擊（Man-In-The-Middle Attack）?？蛻舳俗C書不但可以作為設(shè)備的身份憑證， 還可以用來驗證設(shè)備。應(yīng)用層：MQTT還提供客戶標(biāo)識（Client Identifier）以及用戶名密碼，在應(yīng)用 層驗

7、證設(shè)備。1012MQTT-軟件實現(xiàn)代理：Mosquitto 這是最早在生產(chǎn)環(huán)境中可用的消息代理之一，以 C 語言編 寫，提供多種配置與高性能。Mosca 以 Node.js 編寫，可嵌入 Node 應(yīng)用或以獨立可執(zhí)行文件的形式運行。由于配置簡單并具有可擴展性，它也是我們最喜歡的消息代理，具有高性能的優(yōu)點。RSMB IBM 對 MQTT 協(xié)議的實現(xiàn)，也是最不常用的選項之一，不過它 是一個用C語言編寫的成熟系統(tǒng)。HiveMQ HiveMQ 是一種相對較新的消息代理，面向企業(yè)環(huán)境，在博客上有很多關(guān)于 MQTT 不錯的信息?？蛻舳耍篍clipse-Paho包含以C、Java、Python、Javasc

8、ript等語言編寫的可用 客戶端1013CoAP010203常用消息傳輸協(xié)議MQTT1014CoAP協(xié)議背景CoAP（Constrained Application Protocol，受限制的應(yīng)用協(xié)議）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中， 設(shè)備與設(shè)備之間互相聯(lián)通，它們需要互相進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。 但由于通常物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都是資源限制型的，有限的CPU能力，有限RAM, 有限的flash，有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬， 針對此類特殊場景， CoAP協(xié)議借鑒了HTTP協(xié)議機制并簡化了協(xié)議包格式。簡潔地實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間通信。1015CoAP協(xié)議特點1016消息模型，以消息為數(shù)據(jù)通信載體，通過交換網(wǎng)絡(luò)消息來實現(xiàn)設(shè)備間數(shù) 據(jù)通信對云端設(shè)備資源操

9、作都是通過請求與響應(yīng)機制來完成，類似HTTP，REST式交互，設(shè)備端可通過4個請求方法（GET, PUT, POST, DELETE） 對服務(wù)器端資源進(jìn)行操作協(xié)議包輕量級，最小長度僅為4B支持可靠傳輸，數(shù)據(jù)重傳，塊傳輸，確保數(shù)據(jù)可靠到達(dá)支持IP多播, 即可以同時向多個設(shè)備發(fā)送請求非長連接通信，適用于低功耗物聯(lián)網(wǎng)場景支持DTLS保證傳輸層安全CoAP消息類型1017CoAP采用與HTTP協(xié)議相同的請求響應(yīng)工作模式，CoAP協(xié)議共有4種 不同的消息類型：CON需要被確認(rèn)的請求，如果CON請求被發(fā)送，那么對方必須做出響應(yīng)。NON不需要被確認(rèn)的請求，如果NON請求被發(fā)送，那么對方不必 做出回應(yīng)。ACK

10、 應(yīng)答消息，接受到CON消息的響應(yīng)。RST 復(fù)位消息，當(dāng)接收者接受到的消息包含一個錯誤，接受者解析消息或者不再關(guān)心發(fā)送者發(fā)送的內(nèi)容，那么復(fù)位消息將會被發(fā)送。CoAP消息結(jié)構(gòu)Version：類似于IPv4和IPv6，僅僅是一個版本號。 Message Type：CON，NON，ACK，RST。Message ID：每個CoAP消息都有一個ID，在一次會話中ID總是保持不變。但在這個會話之后該ID會被回收利用。Token：標(biāo)記是ID的另一種表現(xiàn)。Options：CoAP選項類似于HTTP請求頭，它包括CoAP消息本身，例如CoAP端口號，CoAP主機和CoAP查詢字符串等。負(fù)載Payload：真正有用的被交互的數(shù)據(jù)。1018CoAP觀察模式CoAP提供觀察模式，來減化客戶端從服務(wù)器側(cè)獲取信息的流程，類似MQTT 訂閱模式1019CoAP塊傳輸CoAP為傳輸較大的數(shù)據(jù)提供了分塊傳輸?shù)牡姆绞剑?wù)器客戶端 均可支持，可利用與版本下載等場景，通過block1/block2 option字 段實現(xiàn)1020CoAP URI1021RESTFul協(xié)議由于其簡單性和適用性，在WEB應(yīng)用中越來越受歡迎CoAP支持REST式交互，一個CoAP資源可以被一個URI所描述例：一個設(shè)備可以測量溫度，那么這個溫度傳感器的URI