第03章 MQTT协议

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2026-01-27

3.1 MQTT 通信协议介绍

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是一种轻量级的、基于发布/订阅模式的消息传输协议，广泛应用于嵌入式系统和物联网（IoT）设备中。由于其协议设计简单、开销小、易于实现，MQTT 在带宽受限、网络不稳定、低功耗设备中尤其受到青睐。

MQTT 特点：

轻量级和高效：MQTT消息头小，只有2字节的开销，因此非常适合资源有限的设备。
基于发布/订阅模式：设备可以作为发布者或订阅者，发布者发送消息到主题（Topic），订阅者接收订阅的主题的消息。

可靠性：提供三种消息传递质量（QoS）等级：

QoS等级	可靠性	重复可能性	协议流程	网络开销	适用场景
QoS 0	最低消息最多发送一次，且不确认	无	单向发送 PUBLISH	最低	高频非关键数据，如传感器读数、状态报告
QoS 1	较高消息至少发送一次，且需要确认	可能重复	双向确认 PUBLISH → PUBACK）	中等	重要指令或状态更新，如设备控制、安防警报
QoS 2	最高确保消息仅发送一次，使用四步握手进行确认	无	四步握手 PUBLISH → PUBREC → PUBREL → PUBCOMP	最高	关键业务，如金融交易、航空控制、固件升级

补充说明：
QoS降级规则：若订阅者请求的QoS低于发布者设定的等级，代理（Broker）会按较低等级转发消息（如QoS 2降级为QoS 1）
性能影响：QoS 2的吞吐量通常为QoS 0/1的一半，且CPU和磁盘I/O压力更大。
业务层处理：QoS 1需业务逻辑处理重复消息（如通过消息ID或时间戳去重）。

保持连接（Keep Alive）机制：设备与MQTT代理之间通过心跳机制保持连接，减少了网络中断的影响。

最大保活间隔：18小时12分钟15秒。客户在保活间隔乘以1.5倍的时间内可以不与broker通信。如果客户没有消息发给broker，则应该发布PINGREQ包；broker回复PINGRESP包。

broker具有Client Take-Over功能，以便在客户重连broker，但broker认为与客户的TCP连接还存在时（称为Half-Open），能删除原有连接，接收重连请求。

持久化会话：可以保存客户端的订阅信息和消息状态，当客户端重新连接时，仍能接收到未接收到的消息。

MQTT 网络拓扑结构：

Topic(主题名)：

命名规则：

通配符(过滤器)规则:

3.2 使用 mosquitto 部署 MQTT 服务器

① 安装

Mosquitto是轻量级命令行工具，方便大家在学习的过程中，轻松的在本机部署MQTT的服务端。

② 修改配置参数

mosquitto 软件默认创建的服务端不能使用其他机器连接，所以需要对其进行配置，找到安装路径：C:\Program Files\mosquitto（此为默认安装目录) 。使用文本编辑器打开配置文件 mosquitto.conf（注意需要管理员权限）。在文件的末尾添加两行配置：

listener 1883 0.0.0.0
allow_anonymous true

③ 添加环境变量

将 mosquitto 的安装目录添加到 Path 中。

④ 启动本地服务端

使用电脑进入到 POWER SHELL中，输入以下命令：

mosquitto -v -c 'C:\Program Files\mosquitto\mosquitto.conf', 注意要改为你的安装路径。

如果出现以下报错信息：

PS C:\Users\merge> mosquitto -v -c 'C:\Program Files\mosquitto\mosquitto.conf'
1740818155: mosquitto version 2.0.20 starting
1740818155: Config loaded from C:\Program Files\mosquitto\mosquitto.conf.
1740818155: Opening ipv4 listen socket on port 1883.
1740818155: Error: 通常每个套接字地址(协议/网络地址/端口)只允许使用一次。