MQTT协议全称是Message Queuing TelemetryTransport，翻译过来就是消息队列遥测传输协议，它是物联网常用的应用层协议，运行在TCP/IP中的应用层中，依赖TCP协议，因此它具有非常高的可靠性，同时它是基于TCP协议的模型发布/订阅主题消息的轻量级协议，也是我们常说的发送与接收数据，下面我们来初步了解一下mqtt相关的名称与功能。
21.2. MQTT通信模型¶MQTT协议提供一对多的消息发布，可以降低应用程序的耦合性，用户只需要编写极少量的应用代码就能完成一对多的消息发布与订阅，该协议是基于模型，在协议中主要有三种身份：发布者（Publisher）、服务器（Broker）以及订阅者（Subscriber）。其中，MQTT消息的发布者和订阅者都是客户端，服务器只是作为一个中转的存在，将发布者发布的消息进行转发给所有订阅该主题的订阅者；发布者可以发布在其权限之内的所有主题，并且消息发布者可以同时是订阅者，实现了生产者与消费者的脱耦，发布的消息可以同时被多个订阅者订阅。
图 21‑1MQTT通信模型
MQTT客户端的功能：
发布消息给其它相关的客户端。
订阅主题请求接收相关的应用消息。
取消订阅主题请求移除接收应用消息。
从服务端终止连接。
MQTT 服务器常被称为Broker（消息代理），以是一个应用程序或一台设备，它一般为云服务器，比如BTA三巨头的一些物联网平台就是常使用MQTT协议，它是位于消息发布者和订阅者之间，以便用于接收消息并发送到订阅者之中，它的功能有：
接受来自客户端的网络连接请求。
接受客户端发布的应用消息。
处理客户端的订阅和取消订阅请求。
转发应用消息给符合条件的已订阅客户端（包括发布者自身）。
21.3. 消息主题与服务质量¶什么是主题？MQTT服务器为每个连接的客户端（订阅者）添加一个标签，该标签与服务器中的所有订阅相匹配，服务器会将消息转发给与标签相匹配的每个客户端（订阅者），当然订阅者也是需要有权限才能订阅对应的主题，比如像阿里云中的，订阅者只能订阅同一个产品下的主题，而不能跨产品订阅，这样子的处理就能达到信息的安全性以及多个订阅者能及时收到消息。一个主题可以有多个级别，各个级别之间用斜杠字符分隔，例如/test和 /test/test1/test2都 是有效的主题。
发布者与订阅者可以通过主题名字，一般为UTF-8编码（反正用英文字符串就不会错）的形式发布和订阅主题，比如我们可以直接定义一个名字为“test”的主题，绝大多数的MQTT服务器支持动态发布/定阅主题，即当前服务器中没有某个主题，但是客户端直接可以向该主题发布/订阅消息，这样子服务器就会创建对应的主题，当然，服务器中一般也会默认提供多个系统主题，所有连接的客户端均可订阅。
每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话，客户端和服务器之间会有状态交互，订阅是基于会话之上，每个订阅中，都会包含一个主题过滤器，它是一个表达式，用于标识订阅相关的一个或多个主题，主题过滤器可以使用通配符，因此订阅者需要指定订阅的主题名字与服务质量（QoS），订阅者能订阅多个主题，也就能接收到多个发布者发布的消息。同理，发布者也需要首先与服务器建立会话，并且指定发送的主题名字与服务质量，同时它也能向多个不同的主题发送消息。
那么什么是服务质量呢？MQTT的服务质量提供3个等级：
QoS0：最多发送一次消息，在消息发送出去后，接收者不会发送回应，发送者也不会重发消息，消息可能送达一次也可能根本没送达，这个服务质量常用在不重要的消息传递中，因为即使消息丢了也没有太大关系。
QoS1：最少发送一次消息（消息最少需要送达一次，也有可送达多次），QoS1的PUBLISH报文的可变报头中包含一个报文标识符，需要PUBACK报文确认。即需要接收者返回PUBACK应答报文。
QoS2：这是最高等级的服务质量，消息丢失和重复都是不可接受的，只不过使用这个服务质量等级会有额外的开销，这个等级常用于支付中，因为支付是必须有且仅有一次成功，总不能没给钱或者给了多次钱吧。
21.4. MQTT控制报文¶21.4.1. 固定报头¶MQTT协议工作在TCP协议之上，因为客户端和服务器都是应用层，那么必然需要一种协议在两者之间进行通信，那么随之而来的就是MQTT控制报文，MQTT控制报文有3个部分组成，分别是固定报头（fixedheader）、可变报头（variableheader）、有效荷载（数据区域payload）。固定报头，所有的MQTT控制报文都包含，可变报头与有效载荷是部分MQTT控制报文包含。
固定报头占据两字节的空间，具体见 图21_2。
图 21‑2固定报头
固定报头的第一个字节分为控制报文的类型（4bit），以及控制报文类型的标志位，控制类型共有14种，其中0与15被系统保留出来，其他的类型具体见表格21‑1。
表格 21‑1固定报头类型
类型
值
说明
Reserved
0
系统保留
CONNECT
1
客户端请求连接服务端
CONNACK
2
连接报文确认
PUBLISH
3
发布消息
PUBACK
4
消息发布收到确认（QoS 1）
PUBREC
5
发布收到（QoS2）
PUBREL
6
发布释放（QoS2）
PUBCOMP
7
消息发布完成（QoS2）
SUBSCRIBE
8
客户端订阅请求
SUBACK
9
订阅请求报文确认
UNSUBSCRIBE
10
客户端取消订阅请求
UNSUBACK
11
取消订阅报文确认
PINGREQ
12
心跳请求
PINGRESP
13
心跳响应
DISCONNECT
14
客户端断开连接
Reserved
15
系统保留
固定报头的bit0-bit3为标志位，依照报文类型有不同的含义，事实上，除了PUBLISH类型报文以外，其他报文的标志位均为系统保留，PUBLISH报文的第一字节bit3是控制报文的重复分发标志（DUP），bit1-bit2是服务质量等级，bit0是PUBLISH报文的保留标志，用于标识PUBLISH是否保留，当客户端发送一个PUBLISH消息到服务器，如果保留标识位置1，那么服务器应该保留这条消息，当一个新的订阅者订阅这个主题的时候，最后保留的主题消息应被发送到新订阅的用户。
固定报头的第二个字节开始是剩余长度字段，是用于记录剩余报文长度的，表示当前的消息剩余的字节数，包括可变报头和有效载荷区域（如果存在），但剩余长度不包括用于编码剩余长度字段本身的字节数。
剩余长度字段使用一个变长度编码方案，对小于128的值它使用单字节编码，而对于更大的数值则按下面的方式处理：每个字节的低7位用于编码数据长度，最高位（bit7）用于标识剩余长度字段是否有