物联网操作系统Contiki中MQTT协议分组结构

MQTT 协议以已定义方式交换一系列MQTT 控制分组工作，MQTT 控制分组最多由三部分组成：固定首部、可变首部、有效载荷。并且始终按如图15-5所示顺序排列。

图15-5　MQTT控制分组结构

每个MQTT 分组都有固定首部，如图15-6 所示，其中第一个字节的7～4位是一个4 位的无符号值，该值取值范围是0～15，表示MQTT 控制分组的类型，如该值为3 时，表示该分组是发送消息的分组PUBLISH，当该值为8 时，表示该分组时客户订阅请求分组SUBSCRIBE。第一个字节剩余的3～0位表示对每个MQTT控制分组类型的特定标记。

图15-6　MQTT控制分组固定首部

MQTT分组固定首部中，剩余长度是当前分组中剩余的字节数，包括可变首部和有效负载中的数据，剩余长度不包括用于编码“剩余长度”字段的字节。剩余长度使用可变长度编码方案进行编码，该方案使用单个字节表示最大127 位的值， 更大值需采用一定的算法处理，感兴趣的读者可参看MQTT协议标准文件。

每个字节的最低有效7 位对数据进行编码，最高有效位用于表示有后续字节，因此，每个字节编码128 位值和一个“连续位”，剩余长度字段中最大字节数为4。

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图15-7　分组标识符字节

一些类型的MQTT 控制分组包含可变首部组件，它位于固定首部和有效载荷之间，可变首部的内容根据分组类型而有所不同。在几种类型分组中，可变分组首部的分组标识符字段是通用的，如图15-7 所示。许多控制分组类型的可变首部组件包括2 字节分组标识符字段，这些控制分组包括PUBLISH（其中QoS > 0）、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、SUBSCRIBE、

SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK。

SUBSCRIBE、UNSUBSCRIBE 和PUBLISH（在QoS > 0 的情况下）控制分组必须包含非零的16 位分组标识符。每次客户端发送这些类型之一的新分组时，它必须为其分配当前未使用的分组标识符。如果客户端重新发送特定的控制分组，那么它必须在后续重新发送该分组时使用相同的分组标识符。客户端处理完相应的确认分组后，分组标识符可以重用。QoS 1 PUBLISH表示相应的控制分组PUBACK，QoS 2 表示分组PUBCOMP。对于SUBSCRIBE 或UNSUBSCRIBE 与SUBACK 或UNSUBACK 相对应，当服务器发送QoS > 0 的PUBLISH时，相同的条件适用于服务器。

如果其QoS 值设置为0，则PUBLISH 分组不得包含分组标识符。PUBACK、PUBREC或PUBREL分组必须包含与最初发送的PUBLISH分组相同的分组标识符，类似地，SUBACK 和UNSUBACK 必须包含分别在相应的SUBSCRIBE和UNSUBSCRIBE分组中使用的分组标识符。

客户端和服务器彼此独立地分配分组标识符，因此，客户-服务器对可以使用相同的分组标识符参与并发消息交换。客户端可以发送带有分组标识符0x1234 的PUBLISH 分组，然后在收到其发送的PUBLISH 的PUBACK 之前，从其服务器接收带有分组标识符位0x1234的不同PUBLISH。

一些MQTT 控制分组包含有效载荷作为分组的最后部分，在PUBLISH 分组中有效载荷是应用程序消息。