MQTT5 协议新特性
jf wang Lv5

MQTT v5 (MQTT 5.0) 新特性介绍

项目中逐步完成了 MQTT 5.0的开发,这里介绍下MQTT 5.0 的一些新特性
MQTT 5.0 规范见:http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v5.0/cos01/mqtt-v5.0-cos01.html#_Toc514847900

格式

首先,协议上,增加了一个 Property字段,正是这个字段,使得 MQTT 5.0 可以支持众多的新特性。而在MQTT 3.1.1中,MQTT没有任何可以拓展的地方,限制了MQTT拓展功能的可能性。

request/response 模式

MQTT 本身是 订阅/推送 模式,不像HTTP那样 请求/响应 模式。那么MQTT是如何在 订阅/推送 模式下支持 request/response 模式呢?
这里简单翻译了 http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v5.0/cos01/mqtt-v5.0-cos01.html#Request/_Response 中举例的场景:

(1)A publish 一个消息,消息topic假设是”topicA”,该消息 通过Property携带了Response Topic,假设该字段是”topicresponse”。
(2)订阅了”topicA”的接收端B(有可能有多个)收到了该消息。
(3)B处理完”topicA”后,会publish 一个 topic 名字是 “topicresponse” 的消息。该消息有可能是A订阅的,也有可能是其他人订阅的。
(4)A publish 的消息,可能还会携带Correlation Data属性,假设其值是”msgresponse”,这样B发publish的消息就是(“topicresponse”, “msgresponse”)。

Server redirection

Server可以发送 CONNACK 或者 DISCONNECT,其 Reason Codes 可以是0x9c或者0x9d,表示Client需要往另一个Server发送请求。
0x9C 类似 HTTP 的 302, 0x9d 类似 HTTP的 301。
CONNACK 或者 DISCONNECT 可以通过 Property携带Server redirection,其值可以告诉Client往哪个Server发送请求,类似HTTP的”Location”首部。

AUTH控制报文

MQTT 单纯通过 CONNECT可能无法提供足够的信息给Server进行身份认证,所以 Server 在收到 MQTT 的 CONNECT 后,回复 AUTH控制报文给Client,Client接着也用 AUTH包发送附加信息,Server直到 认证完成后,才会发送 CONNACK。

Topic Alias

类似HTTP2的头部压缩效果,当然,没有同HPACK那么复杂的东西。

我们知道,PUBLISH消息的时候,需要携带 topic和message,其中topic往往是固定的,那么我们只需要第一次发送完整的 topic,并且通过Property中携带Topic Alias告知对端下次这个PUBLISH的topic会使用Topic Alias中的值代替,Topic Alias的值是一个整数类型的值。

client 通过 CONNECT 中 Topic Alias Maximum 告知 Server自己能处理的最多的 Topic Alias 个数。
Server 通过 CONNACK中 Topic Alias Maximum 告知 Client自己能处理的最多的 Topic Alias 个数。

如果当前PUBLISH消息的topic长度不为0,那么接受方需要解析 Topic Alias 中的值,并且 将topic和该值进行映射。
如果当前PUBLISH消息的topic为0,那么接受方需要解析 Topic Alias 中的值,用该值去查找对应的topic。

User Property

自定义属性,可以添加两端约定的数据。例如可以加入类似HTTP的 “Header:value”信息。MQTT本身没有类似HTTP的HOST信息,我们可以使用User Property特性让MQTT支持。

Session Expiry Interval

之前的MQTT版本,当cleansession为0时,server和client会尝试保存session信息(sub信息、PUBLISH状态等),但是有个问题,server 不知道需要保存这个session多久。MQTT 5.0 就 在 Property字段中增加了Session Expiry Interval属性来告知server这个session希望被保存多久。

如果MQTT 5.0 不携带 Session Expiry Interval或者 Session Expiry Interval设置为0,server和client则不会保存session信息。
如果Session Expiry Interval设置为0xffffffff,则表示session永远不会老化。

当然,这个字段是需要配合Clean Start使用的,如果Clean Start为1,那么 Session Expiry Interval设置多大都无意义。

CONNECT、CONNACK、DISCONNECT都会发送 Session Expiry Interval字段。DISCONNECT中携带该字段可以告知Server更新老化时间。
CONNACK中的Session Expiry Interval只有当CONNECT不携带该字段时才有用,当client携带该字段,server发送该字段只是表明自己最大的老化时间,不会强制client必须按照这个值。

Maximum QoS

Server 可以发送 Maximum QoS属性告知Client自己支持最大的Qos是多少,Client发送的PUBLISH的Qos必然不能大于该值。

Receive Maximum

告知对方自己希望处理未决的最大的 Qos1 或者 Qos2 PUBLISH消息个数,如果不存在,则默认是65535。
作用:流控。
因为当处理 Qos > 0 的PUBLISH的时候,需要回复对端PUBACK、PUBREC PUBCOMP等。Receive Maximum属性提供了告诉对端发送Qos>0的PUBLISH的速率,对端发现未决PUBLISH个数等于Receive Maximum时,不能再发送Qos > 0 的PUBLISH消息了。

Maximum Packet Size

顾名思义,单个 MQTT控制报文 的大小,如果不携带,表示不限制。
这个大小指整个 MQTT控制报文 的大小。对端如果发现将发送的包大于该大小,就默默丢弃,不关闭连接。如果自己收到超过自己通告的Maximum Packet Size需要关闭连接。

Topic Alias Maximum

作用见上文Topic Alias。

Reason Code

MQTT 3.1.1 只有CONNACK有是否成功还是失败的标志位,现在MQTT 5.0所有的ACK都有该标志位。具体各个ACK中code值得含义在规范中有定义,这里不再列举。
需要注意的是,SUBACK中,MQTT 3.1.1 的 Granted Qos被取代为Reason Code,Reason Code中有状态码表示了具体的Granted Qos。
如果PUBLISH是成功的,其ACK的的Reason Code可以不添加。

Reason String

所有的ACK以及DISCONNECT 都可以携带 Reason String属性告知对方一些特殊的信息,一般来说是ACK失败的情况下会使用该属性告知对端为什么失败,可用来弥补Reason Code信息不够。

Clean Start

Clean Start取代了 MQTT3.1.1 中 CleanSession,在协议格式上,直接占用了CleanSession原本的field,这也表示Clean Start语义上和 CleanSession是一样的。

Payload Format Indicator

指定了PUBLISH 消息的message部分是utf8格式的还是二进制的,接收方必须验证payload是否是该属性定义的格式。
Payload Format Indicator 为 0,表示 是二进制,和不携带该属性的语义是一样的。
Payload Format Indicator 为 1,表示 是utf8编码数据。

Message Expiry Interval

指定了PUBLISH数据在Server的最长等待时间。超过这个时间,这个数据不能被publish到匹配topic的subscriber

还有其他的细枝末节不再展开了,上述众多属性也有一些细节的地方,可以在原文中搜索就直到了。

  • 本文标题:MQTT5 协议新特性
  • 本文作者:jf wang
  • 创建时间:2021-03-15 16:03:08
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