1 回顧與本次目標

1.1 回顧

• 主題通配符
• 主題語義和用法
• WireShark進行抓包分析了報文
• 報文分析：
  • SUBSCRIBE——訂閱主題
  • SUBACK——訂閱確認
  • UNNSUBSCRIBE——取消訂閱
  • UNSUBACK——取消訂閱確認
  • PUBLISH——發布消息（Qos0，服務質量等級下一節再說吧）

1.2 本節目標

• 服務質量等級
• PUBLISH——發布消息（Qos1 Qos2）
• PUBACK——發布確認
• PUBREC——發布收到
• PUBREL——發布釋放
• PUBCOMP——發布完成

2 MQTT控制報文格式（補充）

2.1 控制報文的類型

2.2 標識符

• DUP = 控制報文的重復分發標誌
• Qos = PUBLISH報文的服務質量等級
• RETAIN = PUBLISH報文是否保留標誌

2.3 報文標識符

• Client每次發送一個新的報文時都必須分配一個未使用的報文標識符。
• Client如果進行重發報文必須使用相同的標識符。
• 當Client處理完這個報文對應的確認後，這個報文標識符就釋放可重用。
  • QoS 1的PUBLISH對應的是PUBACK
  • QoS 2的PUBLISH對應的是PUBCOMP

2.4 有效載荷

3 服務質量等級和協議流程

3.1 概述

• 分發協議是對稱的，客戶端和服務端既可以是發送者也可以是接收者。
• 分發協議關註的是從單個發送者到單個接收者的應用消息。
• 服務端分發應用消息給多個客戶端時，每個客戶端獨立處理。
• 分發給客戶端的出站應用消息和入站應用消息的QoS等級可能是不同的。

3.2 QoS 0：最多分發一次

• 接收者不會發送響應（無需確認送達），發送者也不會重試（DUP=0）
• 發送者必須發送QoS=0，DUP=0的PUBLISH報文
• 協議流程：

3.3 QoS 1: 至少分發一次

• QoS 1的PUBLISH報文的可變報頭中包含一個報文標識符，需要PUBACK報文（帶上報文標識符）確認。
• 發送者：
  • 新消息都必須分配一個未使用的報文標識符（收到PUBACK時，該報文標識符可以重用）。
  • 發送的PUBLISH報文必須包含報文標識符且QoS=1，DUP=0（不重發）。
  • 必須將這個PUBLISH報文看作是未確認的 ，直到從接收者那收到對應的PUBACK報文。
• 接收者：
  • 響應的PUBACK報文必須包含一個報文標識符 ，這個標識符來自接收到的、已經接受所有權的PUBLISH報文。
  • 發送了PUBACK報文之後，接收者必須將任何包含相同報文標識符的入站PUBLISH報文當作一個新的消息，並忽略它的DUP標誌的值。
• 協議流程：

3.4 QoS 2: 僅分發一次

• 消息丟失和重復都是不可接受的
• 消息可變報頭中有報文標識符
• 發送者：
  • 新消息都必須分配一個未使用的報文標識符（收到PUBCOMP時，該報文標識符可以重用）。
  • PUBLISH報文必須包含報文標識符且報文的QoS=2,，DUP=0。
  • 必須將這個PUBLISH報文看作是未確認的 ，直到從接收者那收到對應的PUBREC報文。
  • 收到PUBREC報文後必須發送一個PUBREL報文（報文標識符）。
  • 必須將這個PUBREL報文看作是 未確認的 ，直到從接收者那收到對應的PUBCOMP報文。
  • 一旦發送了對應的PUBREL報文就不能重發這個PUBLISH報文。
• 接收者：
  • 響應的PUBREC PUBREL PUBCOMP報文必須包含相同的報文標識符
• 協議流程圖：Client -> Server

• 協議流程圖：Server -> Subscriber（來自：http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2014/02/15/409893.html）

4 MQTT控制報文示例

4.1 PUBLISH – 發布消息

（1）WireShark抓包獲取報文

# Qos1
MQ Telemetry Transport Protocol, Publish Message
    Header Flags: 0x32 (Publish Message)
        0011 .... = Message Type: Publish Message (3)
        .... 0... = DUP Flag: Not set
        .... .01. = QoS Level: At least once delivery (Acknowledged deliver) (1)
        .... ...0 = Retain: Not set
    Msg Len: 18
    Topic Length: 4 # 0x0004
    Topic: TEST 
    Message Identifier: 1 # 0x0001，報文標識符
    Message: HelloWorld # 18 - 2 - 4 - 2 = 10個字節

# Qos2
MQ Telemetry Transport Protocol, Publish Message
    Header Flags: 0x34 (Publish Message)
        0011 .... = Message Type: Publish Message (3)
        .... 0... = DUP Flag: Not set
        .... .10. = QoS Level: Exactly once delivery (Assured Delivery) (2)
        .... ...0 = Retain: Not set
    Msg Len: 18
    Topic Length: 4
    Topic: TEST
    Message Identifier: 2

（2）固定報頭

• 重發標誌：DUP為0，代表Client第一次發這個報文；DUP為1，代表Client重發已發的報文。對於Qos為0時，DUP必須為0。

• 服務質量等級

（3）響應

4.2 PUBACK –發布確認

（1）WireShark抓包獲取報文

MQ Telemetry Transport Protocol, Publish Ack
    Header Flags: 0x40 (Publish Ack)
        0100 .... = Message Type: Publish Ack (4)
        .... 0000 = Reserved: 0
    Msg Len: 2
    Message Identifier: 1 # 報文標識符

（2）概述

• PUBACK報文只需要表明接收者收到了某條PUBLISH報文即可。
• Client設置CleanSession=0重連時，Client和Server必須使用原始的報文標識符重發未確認的PUBLISH報文。
• 因為存在重發和報文標誌符的復用（Receiver返回PUBACK後，即使有相同的報文標識符，也認為是新的PUBLISH報文），所以可能存在轉發超過一次（Qos1只保證至少1次）的情況。

4.3 PUBREC – 發布收到（QoS 2，第一步）

（1）WireShark抓包獲取報文

MQ Telemetry Transport Protocol, Publish Received
    Header Flags: 0x50 (Publish Received)
        0101 .... = Message Type: Publish Received (5)
        .... 0000 = Reserved: 0
    Msg Len: 2
    Message Identifier: 2

（2）概述

• 3.4節提到Reciver收到Qos2的PUBLISH報文後，可以有兩種處理方式
  • A：存儲消息
  • B：存儲報文標識符（不再分發相同報文標識符的PUBLISH報文），開始分發這個應用消息
• PUBREC報文是為了告訴Sender收到了消息
• 其實PUBREC與PUBACK作用相同，表示Receiver已收到消息，所以可以把存儲在Sender的消息刪除（消息的所有權轉讓）

4.4 PUBREL – 發布釋放

（1）WireShark抓包獲取報文

MQ Telemetry Transport Protocol, Publish Release
    Header Flags: 0x62 (Publish Release)
        0110 .... = Message Type: Publish Release (6)
        .... 0010 = Reserved: 2
    Msg Len: 2
    Message Identifier: 2

（2）概述

• Sender收到PUBREC之前，Sender仍然可能在發送相同報文標識符的PUBLISH報文，所以收到PUBREC之後需要把報文標識符記錄下來（不再發送該報文標識符的PUBLISH報文）。
• Sender發送PUBREL報文是為了通知Receiver，可以開始接收相同報文標識符的PUBLISH報文了（報文標識符的復用）。
• 但Sender在沒有收到響應（PUBCOMP）之前，仍然不會去發送相同報文標識符的PUBLISH報文。

4.5 PUBCOMP – 發布完成

（1）WireShark抓包獲取報文

MQ Telemetry Transport Protocol, Publish Complete
    Header Flags: 0x70 (Publish Complete)
        0111 .... = Message Type: Publish Complete (7)
        .... 0000 = Reserved: 0
    Msg Len: 2
    Message Identifier: 2

（2）概述

• Receiver收到了PUBREL報文
  • A：開始分發消息並丟棄
  • B：丟棄報文標識符（可以接收相同報文標識符的PUBLISH報文）
• 發送PUBCOMP告知Sender，可以發送相同報文標識符的PUBLISH報文了。

MQTT協議探究（三）