1 回顾与本次目标
1.1 回顾
- 主题通配符
- 主题语义和用法
- WireShark进行抓包分析了报文
- 报文分析：
- SUBSCRIBE——订阅主题
- SUBACK——订阅确认
- UNNSUBSCRIBE——取消订阅
- UNSUBACK——取消订阅确认
- PUBLISH——发布消息（Qos0，服务质量等级下一节再说吧）
1.2 本节目标
- 服务质量等级
- PUBLISH——发布消息（Qos1 Qos2）
- PUBACK——发布确认
- PUBREC——发布收到
- PUBREL——发布释放
- PUBCOMP——发布完成
2 MQTT控制报文格式（补充）
2.1 控制报文的类型
| PUBLISH | 3 | 双向 | 发布消息 |
| PUBACK | 4 | 双向 | QoS 1消息发布收到确认 |
| PUBREC | 5 | 双向 | QoS 2发布收到（保证交付第一步） |
| PUBREL | 6 | 双向 | QoS 2发布释放（保证交付第二步） |
| PUBCOMP | 7 | 双向 | QoS 2消息发布完成（保证交互第三步） |
2.2 标识符
| PUBLISH | Used in MQTT 3.1.1 | DUP | QoS | QoS | RETAIN |
| PUBACK | Reserved | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PUBREC | Reserved | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PUBREL | Reserved | 0 | 0 | 1 | 0 |
| PUBCOMP | Reserved | 0 | 0 | 0 | 0 |
- DUP = 控制报文的重复分发标志
- Qos = PUBLISH报文的服务质量等级
- RETAIN = PUBLISH报文是否保留标志
2.3 报文标识符
- Client每次发送一个新的报文时都必须分配一个未使用的报文标识符。
- Client如果进行重发报文必须使用相同的标识符。
- 当Client处理完这个报文对应的确认后，这个报文标识符就释放可重用。
- QoS 1的PUBLISH对应的是PUBACK
- QoS 2的PUBLISH对应的是PUBCOMP
| PUBLISH | 需要（如果QoS > 0，Qos=0时不能带） |
| PUBACK | 需要 |
| PUBREC | 需要 |
| PUBREL | 需要 |
| PUBCOMP | 需要 |
2.4 有效载荷
| PUBLISH | 可选（允许发空负载） |
| PUBACK | 不需要 |
| PUBREC | 不需要 |
| PUBREL | 不需要 |
| PUBCOMP | 不需要 |
3 服务质量等级和协议流程
3.1 概述
- 分发协议是对称的，客户端和服务端既可以是发送者也可以是接收者。
- 分发协议关注的是从单个发送者到单个接收者的应用消息。
- 服务端分发应用消息给多个客户端时，每个客户端独立处理。
- 分发给客户端的出站应用消息和入站应用消息的QoS等级可能是不同的。
3.2 QoS 0：最多分发一次
- 接收者不会发送响应（无需确认送达），发送者也不会重试（DUP=0）
- 发送者必须发送QoS=0，DUP=0的PUBLISH报文
- 协议流程：
| PUBLISH报文 Qos=0 DUP=0 | ||
| -------------------> | ||
| 分发应用消息给适当的后续接收者（们） |
3.3 QoS 1: 至少分发一次
- QoS 1的PUBLISH报文的可变报头中包含一个报文标识符，需要PUBACK报文（带上报文标识符）确认。
- 发送者：
- 新消息都必须分配一个未使用的报文标识符（收到PUBACK时，该报文标识符可以重用）。
- 发送的PUBLISH报文必须包含报文标识符且QoS=1，DUP=0（不重发）。
- 必须将这个PUBLISH报文看作是未确认的 ，直到从接收者那收到对应的PUBACK报文。
- 接收者：
- 响应的PUBACK报文必须包含一个报文标识符 ，这个标识符来自接收到的、已经接受所有权的PUBLISH报文。
- 发送了PUBACK报文之后，接收者必须将任何包含相同报文标识符的入站PUBLISH报文当作一个新的消息，并忽略它的DUP标志的值。
- 协议流程：
| 存储消息 | ||
| PUBLISH报文 QoS=1, DUP=0 报文标识符 | -------------------> | |
| 开始应用消息的后续分发 | ||
| <------------------- | PUBACK报文，带报文标识符 | |
| 丢弃消息 |
3.4 QoS 2: 仅分发一次
消息丢失和重复都是不可接受的
消息可变报头中有报文标识符
发送者：
- 新消息都必须分配一个未使用的报文标识符（收到PUBCOMP时，该报文标识符可以重用）。
- PUBLISH报文必须包含报文标识符且报文的QoS=2,，DUP=0。
- 必须将这个PUBLISH报文看作是未确认的 ，直到从接收者那收到对应的PUBREC报文。
- 收到PUBREC报文后必须发送一个PUBREL报文（报文标识符）。
- 必须将这个PUBREL报文看作是 未确认的 ，直到从接收者那收到对应的PUBCOMP报文。
- 一旦发送了对应的PUBREL报文就不能重发这个PUBLISH报文。
接收者：
- 响应的PUBREC PUBREL PUBCOMP报文必须包含相同的报文标识符
协议流程图：Client -> Server
| 存储消息 | ||
| 发送PUBLISH报文，Qos2，DUP=0，带报文标识符 | ||
| -> | ||
| 方法A:存储消息 方法B:存储报文标识符，开始向前分发这个应用消息 | ||
| 发送PUBREC报文，带报文标识符 | ||
| <- | ||
| 丢弃消息，存储PUBREC中的报文标识符 | ||
| 发送PUBREL报文，带报文标识符 | ||
| -> | ||
| 方法A:开始向前分发应用消息并丢弃 方法B:丢弃报文标识符 | ||
| 发送PUBCOMP报文，带报文标识符 | ||
| <- | ||
| 丢弃已保存的报文标识符 |
- 协议流程图：Server -> Subscriber（来自：http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2014/02/15/409893.html）
| QoS = 2 DUP = 0 Message ID = x | PUBLISH ------> | Action: Store message |
PUBREC <------- | Message ID = x | |
| Message ID = x | PUBREL -------> | Actions:Make message available |
PUBCOMP <----- | Message ID = x |
4 MQTT控制报文示例
4.1 PUBLISH – 发布消息
（1）WireShark抓包获取报文
# 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，报文标识符
Message: HelloWorld # 18 - 2 - 4 - 2 = 10个字节
# 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）固定报头
重发标志：DUP为0，代表Client第一次发这个报文；DUP为1，代表Client重发已发的报文。对于Qos为0时，DUP必须为0。
服务质量等级
| 0 | 0 | 0 | 最大分发一次 |
| 1 | 0 | 1 | 至少一次 |
| 2 | 1 | 0 | 只分发一次 |
| - | 1 | 1 | 保留位 |
（3）响应
| Qos0 | 无响应 |
| Qos1 | PUBACK报文 |
| Qos2 | PUBREC报文 |
4.2 PUBACK –发布确认
（1）WireShark抓包获取报文
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 # 报文标识符
（2）概述
- PUBACK报文只需要表明接收者收到了某条PUBLISH报文即可。
- Client设置CleanSession=0重连时，Client和Server必须使用原始的报文标识符重发未确认的PUBLISH报文。
- 因为存在重发和报文标志符的复用（Receiver返回PUBACK后，即使有相同的报文标识符，也认为是新的PUBLISH报文），所以可能存在转发超过一次（Qos1只保证至少1次）的情况。
4.3 PUBREC – 发布收到（QoS 2，第一步）
（1）WireShark抓包获取报文
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节提到Reciver收到Qos2的PUBLISH报文后，可以有两种处理方式
- A：存储消息
- B：存储报文标识符（不再分发相同报文标识符的PUBLISH报文），开始分发这个应用消息
- PUBREC报文是为了告诉Sender收到了消息
- 其实PUBREC与PUBACK作用相同，表示Receiver已收到消息，所以可以把存储在Sender的消息删除（消息的所有权转让）
4.4 PUBREL – 发布释放
（1）WireShark抓包获取报文
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仍然可能在发送相同报文标识符的PUBLISH报文，所以收到PUBREC之后需要把报文标识符记录下来（不再发送该报文标识符的PUBLISH报文）。
- Sender发送PUBREL报文是为了通知Receiver，可以开始接收相同报文标识符的PUBLISH报文了（报文标识符的复用）。
- 但Sender在没有收到响应（PUBCOMP）之前，仍然不会去发送相同报文标识符的PUBLISH报文。
4.5 PUBCOMP – 发布完成
（1）WireShark抓包获取报文
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报文
- A：开始分发消息并丢弃
- B：丢弃报文标识符（可以接收相同报文标识符的PUBLISH报文）
- 发送PUBCOMP告知Sender，可以发送相同报文标识符的PUBLISH报文了。