干货 | MQTT协议例析
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MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是一套ISO标准的基于发布/订阅机制的消息协议，用于在TCP网络中传输大规模物联网设备数据，是5G通讯的重要服务对象，值得我们花时间去了解学习。IBM于1999年提出MQTT，于2013年将MQTT3.1版本提交给OASIS（Organization for the Advancement of Structured Information Standards ）标准化，目前主流的稳定版本为MQTT 3.1.1。MQTT官网为http://mqtt.org/。
本文采用简单的Node.js程序搭建MQTT基础环境，介绍MQTT的典型应用场景，以供感兴趣的读者参考和理解。以如下序列图为例，在MQTT中可能存在三种类型的网元或终端：
CLIENT1和CLIENT2为用于发布（Publish）数据的客户端（通常是物联网终端设备），即“发布者”。
CLIENT3和CLIENT4为用于订阅（Subscribe）接收数据的客户端或服务器（也可能是物联网终端设备），即“订阅者”。
BROKER用于中转数据，各种IoT云服务平台通常均支持作为此角色，即“代理”。
方式1：只启动MQTT服务，默认监听1883/TCP端口
命令：mosca -v
输出：{"pid":8282,"hostname":"<主机名>","name":"mosca","level":30,"time":1518403379005,"msg":"server started","mqtt":1883,"v":1}
方式2：只启动MQTTS服务（MQTTS，即MQTT over SSL/TLS），默认监听8883/TCP端口
命令：mosca -v --key ../cert/server_key_no_password.pem --cert ../cert/server.pem
输出：{"pid":8314,"hostname":"<主机名>","name":"mosca","level":30,"time":1518403384861,"msg":"server started","mqtts":8883,"v":1}
方式3：同时启动MQTT和MQTTS服务，默认监听1883/TCP端口和8883/TCP端口
命令：mosca -v --key ../cert/server_key_no_password.pem --cert ../cert/server.pem --non-secure
输出：{"pid":8333,"hostname":"<主机名>","name":"mosca","level":30,"time":1518403387585,"msg":"server started","mqtt":1883,"mqtts":8883,"v":1}
如图2所示，BROKER采用mosca方式3启动，同时支持MQTT和MQTTS服务。
第二步，编写CLIENT3（MQTT）、CLIENT4（MQTTS）程序以连入BROKER。CLIENT3连入MQTT端口1883，并订阅“ZTE/test/sk/1”主题。CLIENT4连入MQTTS端口8883，订阅同样的“ZTE/test/sk/1”主题，如果该主题收到任何别人发布的消息，则CLIENT3、CLIENT4将同时打印出该消息的内容。
CLIENT3源代码：
var mqtt = require('mqtt');
var client = mqtt.connect({ port: 1883, host: '<BROKER地址>', keepalive: 10000});
client.on('connect', function () {
console.log('CLIENT3: CONNECTED');
});
client.subscribe('ZTE/test/sk/1');
client.on('message', function (topic, message) {
console.log('CLIENT3:', message.toString());
});
CLIENT4源代码：
var mqtt = require('mqtt');
var fs = require('fs');
var path = require('path');
var TRUSTED_CA_LIST = fs.readFileSync(path.join(__dirname, 'ca.pem'));
var PORT = 8883;
var HOST = '<BROKER地址>';
var options = {
port: PORT,
host: HOST,
rejectUnauthorized: true,
ca: TRUSTED_CA_LIST,
protocol: 'ssl'
};
var client = mqtt.connect(options);
client.on('connect', function () {
console.log('CLIENT4: CONNECTED');
});
client.subscribe('ZTE/test/sk/1');
client.on('message', function (topic, message) {
console.log('CLIENT4:', message.toString());
});
第三步，编写CLIENT1（MQTT）、CLIENT2（MQTTS）程序以连入BROKER。CLIENT1连入MQTT端口1883，并向“ZTE/test/sk/1”主题发布消息，消息内容为“CLIENT1 say:”+当前时间。CLIENT2连入MQTTS端口8883，同样也向该主题“ZTE/test/sk/1”发布消息，消息内容为“CLIENT2 say:”+当前时间。
CLIENT1源代码：
var mqtt = require('mqtt');
var client = mqtt.connect({ port: 1883, host: '<BROKER地址>', keepalive: 10000});
client.on('connect', function () {
console.log('CLIENT1: CONNECTED');
});
client.publish('ZTE/test/sk/1', 'CLIENT1 say: Current time is: ' + new Date());
client.end();
CLIENT2源代码：
var mqtt = require('mqtt');
var fs = require('fs');
var path = require('path');
var TRUSTED_CA_LIST = fs.readFileSync(path.join(__dirname, 'ca.pem'));
var PORT = 8883;
var HOST = '<BROKER地址>';
var options = {
port: PORT,
host: HOST,
rejectUnauthorized: true,
ca: TRUSTED_CA_LIST,
protocol: 'ssl'
};
var client = mqtt.connect(options);
client.on('connect', function () {
console.log('CLIENT2: CONNECTED');
});
client.publish('ZTE/test/sk/1', 'CLIENT2 say: Current time is: ' + new Date());
client.end();
第四步，运行CLIENT3、CLIENT4，连入BROKER，并订阅该主题，以等待该主题的任何消息。
运行CLIENT3：
node 3_mqtt_sub.js
CLIENT3: CONNECTED
运行CLIENT4：
node 4_mqtts_sub.js
CLIENT4: CONNECTED
第五步，运行CLIENT1、CLIENT2，连入BROKER，向该主题发布消息。
运行CLIENT1：
node 1_mqtt_pub.js
CLIENT1: CONNECTED
运行CLIENT2：
node 2_mqtts_pub.js
CLIENT2: CONNECTED
第六步，这时即可观察到CLIENT3、CLIENT4立即打印出相应的消息。
CLIENT3打印：
CLIENT3: CLIENT1 say: Current time is: Mon Feb 12 2018 11:21:57 GMT+0800 (中国标准时间)
CLIENT3: CLIENT2 say: Current time is: Mon Feb 12 2018 11:22:27 GMT+0800 (中国标准时间)
CLIENT4打印：
CLIENT4: CLIENT1 say: Current time is: Mon Feb 12 2018 11:21:57 GMT+0800 (中国标准时间)
CLIENT4: CLIENT2 say: Current time is: Mon Feb 12 2018 11:22:27 GMT+0800 (中国标准时间)
本文通过描述MQTT/MQTTS简单源码例程及BROKER部署，介绍了MQTT的典型应用场景，为读者提供了轻松的入门参考。MQTT是物联网大规模M2M（Machine to Machine）应用的重要协议，是5G通讯的重要服务对象，值得我们进一步深入学习研究。
参考资料：
http://mqtt.org/
https://github.com/mqttjs
https://www.npmjs.com/package/mqtt
https://github.com/mcollina/mosca
http://www.mosca.io/