MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協議）是非常流行的設備的接入協議，包括IBM、亞馬遜、微軟的IoT託管服務都有支持。MQTT基於TCP，是一種基於發佈/訂閱（publish/subscribe）模式的“輕量級”通訊協議（實現了異步Pub/Sub），好比發個微信，無需等待對方確認便可以繼續，以及爲物聯網提供了許多體貼的設計，比如QoS，遺言”的設計。其最大優點在於，可以以極少的代碼和有限的帶寬，爲連接遠程設備提供實時可靠的消息服務。做爲一種低開銷、低帶寬佔用的即時通訊協議，使其在物聯網、小型設備、移動應用等方面有較廣泛的應用。
其特點包括：
- 使用的發佈/訂閱消息模式，它提供了一對多消息分發，以實現與應用程序的解耦。
- 對負載內容屏蔽的消息傳輸機制。
對傳輸消息有三種服務質量（QoS）：
- 最多一次，這一級別會發生消息丟失或重複，消息發佈依賴於底層TCP/IP網絡。即：<=1
- 至少一次，這一級別會確保消息到達，但消息可能會重複。即：>=1
- 只有一次，確保消息只有一次到達。即：＝1。在一些要求比較嚴格的計費系統中，可以使用此級別
數據傳輸和協議交換的最小化（協議頭部只有2字節），以減少網絡流量
- 通知機制，異常中斷時通知傳輸雙方
二、MQTT協議原理
2.1 MQTT協議實現方式
- 實現MQTT協議需要：客戶端和服務器端
- MQTT協議中有三種身份：發佈者（Publish）、代理（Broker）（服務器）、訂閱者（Subscribe）。其中，消息的發佈者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務器，消息發佈者可以同時是訂閱者。
MQTT傳輸的消息分爲：主題（Topic）和負載（payload）兩部分
* Topic，可以理解爲消息的類型，訂閱者訂閱（Subscribe）後，就會收到該主題的消息內容（payload） * payload，可以理解爲消息的內容，是指訂閱者具體要使用的內容
2.2 網絡傳輸與應用消息
MQTT會構建底層網絡傳輸：它將建立客戶端到服務器的連接，提供兩者之間的一個有序的、無損的、基於字節流的雙向傳輸。
當應用數據通過MQTT網絡發送時，MQTT會把與之相關的服務質量（QoS）和主題名（Topic）相關連。
2.3 MQTT客戶端
一個使用MQTT協議的應用程序或者設備，它總是建立到服務器的網絡連接。客戶端可以：
* 發佈其他客戶端可能會訂閱的信息
* 訂閱其它客戶端發佈的消息
* 退訂或刪除應用程序的消息
* 斷開與服務器連接
2.4 MQTT服務器
MQTT服務器以稱爲“消息代理”（Broker），可以是一個應用程序或一臺設備。它是位於消息發佈者和訂閱者之間，它可以：
* 接受來自客戶的網絡連接
* 接受客戶發佈的應用信息
* 處理來自客戶端的訂閱和退訂請求
* 向訂閱的客戶轉發應用程序消息
2.5 MQTT協議中的訂閱、主題、會話
訂閱（Subscription）
訂閱包含主題篩選器（Topic Filter）和最大服務質量（QoS）。訂閱會與一個會話（Session）關聯。一個會話可以包含多個訂閱。每一個會話中的每個訂閱都有一個不同的主題篩選器。
會話（Session）
每個客戶端與服務器建立連接後就是一個會話，客戶端和服務器之間有狀態交互。會話存在於一個網絡之間，也可能在客戶端和服務器之間跨越多個連續的網絡連接。
主題名（Topic Name）
連接到一個應用程序消息的標籤，該標籤與服務器的訂閱相匹配。服務器會將消息發送給訂閱所匹配標籤的每個客戶端。
主題篩選器（Topic Filter）
一個對主題名通配符篩選器，在訂閱表達式中使用，表示訂閱所匹配到的多個主題。
負載（Payload）
消息訂閱者所具體接收的內容
三、MQTT協議解析（MQTT數據包結構）
MQTT 數據包結構
* 固定頭（Fixed header），存在於所有MQTT數據包中，表示數據包類型及數據包的分組類標識
* 可變頭（Variable header），存在於部分MQTT數據包中，數據包類型決定了可變頭是否存在及其具體內容
* 消息體（Payload），存在於部分MQTT數據包中，表示客戶端收到的具體內容
1 MQTT固定頭
固定頭存在於所有MQTT數據包中，其結構如下：
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
byte 1 MQTT數據包類型 不同類型MQTT數據包的具體標識
byte 2… 剩餘長度
1.1 MQTT數據包類型
位置：byte 1, bits 7-4。
相於一個4位的無符號值，類型如下：
名稱 值 流方向 描述
Reserved 0 不可用 保留位
CONNECT 1 客戶端到服務器 客戶端請求連接到服務器
CONNACK 2 服務器到客戶端 連接確認
PUBLISH 3 雙向 發佈消息
PUBACK 4 雙向 發佈確認
PUBREC 5 雙向 發佈收到（保證第1部分到達）
PUBREL 6 雙賂 發佈釋放（保證第2部分到達）
PUBCOMP 7 雙向 發佈完成（保證第3部分到達）
SUBSCRIBE 8 客戶端到服務器 客戶端請求訂閱
SUBACK 9 服務器到客戶端 訂閱確認
UNSUBSCRIBE 10 客戶端到服務器 請求取消訂閱
UNSUBACK 11 服務器到客戶端 取消訂閱確認
PINGREQ 12 客戶端到服務器 PING請求
PINGRESP 13 服務器到客戶端 PING應答
DISCONNECT 14 客戶端到服務器 中斷連接
Reserved 15 不可用 保留位
1.2 標識位
位置：byte 1, bits 3-0。
在不使用標識位的消息類型中，標識位被做爲保留位。如果收到無效的標誌時，接收端必須關閉網絡連接：
數據包 標識位 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0
CONNECT 保留位 0 0 0 0
CONNACK 保留位 0 0 0 0
PUBLISH MQTT 3.1.1使用 DUP1 QoS2 QoS2 RETAIN3
PUBACK 保留位 0 0 0 0
PUBREC 保留位 0 0 0 0
PUBREL 保留位 0 0 1 0
PUBCOMP 保留位 0 0 0 0
SUBSCRIBE 保留位 0 0 1 0
SUBACK 保留位 0 0 0 0
UNSUBSCRIBE 保留位 0 0 1 0
UNSUBACK 保留位 0 0 0 0
PINGREQ 保留位 0 0 0 0
PINGRESP 保留位 0 0 0 0
DISCONNECT 保留位 0 0 0 0
DUP：發佈消息的副本。用來在保證消息的可靠傳輸，如果設置爲 1，則在下面的變長中增加MessageId，並且需要回復確認，以保證消息傳輸完成，但不能用於檢測消息重複發送。
QoS：發佈消息的服務質量，即：保證消息傳遞的次數
00：最多一次，即：<=1
01：至少一次，即：>=1
10：一次，即：=1
11：預留
RETAIN： 發佈保留標識，表示服務器要保留這次推送的信息，如果有新的訂閱者出現，就把這消息推送給它，如果設有那麼推送至當前訂閱者後釋放。
1.3 剩餘長度（Remaining Length）
位置：byte 1。
固定頭的第二字節用來保存變長頭部和消息體的總大小的，但不是直接保存的。這一字節是可以擴展，其保存機制，前7位用於保存長度，後一部用做標識。當最後一位爲 1時，表示長度不足，需要使用二個字節繼續保存。 例如：計算出後面的大小爲0
2 MQTT可變頭
MQTT數據包中包含一個可變頭，它駐位於固定的頭和負載之間。可變頭的內容因數據包類型而不同，較常的應用是做爲包的標識：
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
byte 1 包標籤符（MSB）
byte 2… 包標籤符（LSB）
很多類型數據包中都包括一個2字節的數據包標識字段，這些類型的包有：PUBLISH (QoS > 0)、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK
3 Payload消息體
Payload消息體位MQTT數據包的第三部分，CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四種類型的消息 有消息體：
CONNECT，消息體內容主要是：客戶端的ClientID、訂閱的Topic、Message以及用戶名和密碼。
SUBSCRIBE，消息體內容是一系列的要訂閱的主題以及QoS。
SUBACK，消息體內容是服務器對於SUBSCRIBE所申請的主題及QoS進行確認和回覆。
UNSUBSCRIBE，消息體內容是要訂閱的主題。
最後關於mqtt協議的安裝 使用 測試 可參考這篇文章 http://blog.csdn.net/A493203176/article/details/72328607