MQTT 的用途是什么?

科技   2024-10-17 09:31   福建  
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作者:自由坦荡的湖泊AI

MQTT是做什么用的?


MQTT 是一种轻量级消息传递协议,通常用于物联网设备,这些设备旨在实现节能且消耗最少的带宽。

MQTT协议通过TCP/IP运行,基于无损通信的双向发布-订阅模型,确保MQTT消息高效无损地传递。

MQTT 是一种低开销协议,强烈考虑了带宽和 CPU 限制。它的设计能够在嵌入式环境中运行,从而可靠有效地提供通信途径。

从根本上说,MQTT是一种发布/订阅(pub/sub)协议。它允许客户端以发布者、订阅者或两者的身份连接到特定主题。您连接到处理所有消息传递的代理,其中每个客户端都由唯一的客户端 ID 标识。


生活中的 MQTT 示例和用例


MQTT通常用于物联网应用,用于连接传感器、执行器和家用电器等低功耗设备并与之通信,从而有效管理传输数据的有效载荷。

在农业中,MQTT 用于监测土壤湿度、温度和湿度等环境因素,使农民能够采取适当的行动。在工业自动化中,MQTT可以监控端到端的制造过程,确保一致的质量并识别生产链上的系统性问题。在交通领域,MQTT用于监控交通信号灯、停车计时器和公共交通的实时位置,同时注意生态系统和低带宽要求。


为什么使用 MQTT 而不是 HTTP?


HTTP 和 MQTT 是两种截然不同的通信协议,用于不同的目的。

HTTP 是一种请求/响应协议,它仅在响应客户端请求时传递数据。它专为大量数据而设计,通常用于传输网页、图像和视频。MQTT 是一种发布/订阅协议,支持异步消息传递,多个客户端能够订阅单个主题并接收来自一个或多个发布者的消息。MQTT 针对少量数据进行了优化,但在网络开销和设备功耗方面比 HTTP 更有效,使其成为需要低带宽和最低功耗的应用程序(例如由 AWS IoT 服务管理的应用程序)的合适选择。


MQTT是用什么语言编写的?


MQTT只是一个协议,可以用多种语言编写。但是,用于使用 MQTT 协议进行通信的 MQTT 客户端库支持多种语言,例如 C/C++、Java、Python 和 JavaScript,包括 Node.js、Ruby、Go、PHP 和 Swift。MQTT 客户端库通过 MQTT 代理进行通信,该代理也有多种编程语言版本。


MQTT是如何工作的?


MQTT 是一个非常灵活的协议,但只有两个基本实体:MQTT 客户端和 MQTT 代理。


MQTT客户端如何工作?


MQTT 客户端可以是实现 MQTT 协议的任何端点。在物联网的情况下,客户端是连接的设备,例如传感器、显示器或 Arduino 板,但 MQTT 不限于物联网,例如,客户端也可以是智能手机或笔记本电脑。

MQTT 客户端之间不直接通信。尽管如此,所有交互都是由一个称为 MQTT 代理的服务器组件“代理”的,该组件位于客户端之间并处理消息的路由。


什么是MQTT分组?


MQTT 中的所有通信都分为“主题”。MQTT 客户端可以向 Topic 发布消息,也可以订阅接收来自他人的消息。主题可以是任何字符串,旨在对共同感兴趣的主题进行分组,例如,传感器更新将发布到主题,群聊中的消息也是如此,具体取决于用例。


什么是MQTT代理?


代理负责管理哪些客户端订阅了哪些主题,接收在特定主题上发布的消息,并将该消息发送给订阅更新的任何客户端。当客户端和代理之间的连接丢失时,代理还负责缓存消息,并在重新建立连接时将其传递给客户端。


可以使用哪些 MQTT 代理?


MQTT 代理是 MQTT 协议的基础,可以被视为 MQTT 服务器。如前所述,经纪人位于所有客户之间并促进沟通。

存在许多 MQTT 代理,包括开源和专有的,任何基于 MQTT 的部署中最重要的架构决策之一就是如何托管代理。由于 MQTT 被设计为以非常大的规模运行,因此任何代理架构都需要相应地扩展。大多数企业部署将依赖于云托管的专有产品,因此它们没有任何基础设施问题,尽管也可以使用自托管选项。微信搜索公众号:架构师指南,回复:架构师 领取资料 。

在所有通信之间,代理可以保留消息并保留所有会话的安全记录;客户端彼此隔离,因此客户端的不安全感和漏洞可以被沙盒化,并且根据您的网络拓扑,代理可以减少整个网络上的流量,并允许更高效的路由。


如何使用 MQTT 和 Pub/Sub


任何支持 MQTT 协议的客户端都可以订阅和发布主题,但所有通信都通过代理进行,如下面的示例模型所示。


MQTT协议特性


虽然MQTT通常被认为是物联网解决方案,但它只是支撑许多知名物联网产品的协议。MQTT的许多特性使其特别适合设备之间的高效通信:


易于启动和运行

MQTT 已经存在了很长时间,并且有许多强大、可靠且可扩展的专有和开源解决方案。这些预先存在的 MQTT 组件可用于所有项目,从大型解决方案到激情项目,无需修改,也无论开发人员经验如何。


可靠性和配置

MQTT 具有服务质量 (QoS) 的概念,稍后将详细讨论,它将消息队列并缓存在 MQTT 代理上,并在重新建立连接时将它们传送到客户端。这尤其适用于部分连接的设备或具有间歇性连接的客户端,例如 IoT 设备。


客户端不必考虑解决方案体系结构

使用 MQTT,可以将消息发布到主题并在可用时接收它们。作为客户,不必担心建立或重新建立连接,也不必担心的收件人是否正在监听您的消息,它“只是工作”。


专为规模而设计


MQTT可以应对您的解决方案所需的任何规模,从初创公司到全球公司。最著名的是,Facebook Messenger使用MQTT进行通信。

MQTT 会话生命周期

MQTT 依赖于 TCP/IP 进行连接,因此遵循类似的生命周期


连接


MQTT 客户端启动与 MQTT 代理的连接。通常,这将通过标准 MQTT 端口(分别用于安全和不安全连接的 1883/883)


认证


MQTT 协议除了底层 TCP/IP 连接的 TLS 之外没有任何身份验证注意事项,这对于大多数用例来说已经足够了。


发布/订阅


连接后,客户端可以发布或订阅主题以发送和接收消息。


断开


断开连接可以由客户端或代理发起,并将导致 MQTT 会话在处理任何正在进行的请求后结束。


MQTT 服务质量 (QoS)

服务质量允许解决方案设计人员指定 MQTT 连接的可靠性,通常,连接越可靠,重试和消息保留的潜在内存开销就越大。


QoS 0


消息仅发送一次,客户端和代理不执行其他步骤来确认传递。这也被称为“即发即弃”。

这仅适用于客户端发送的消息。在代理处收到消息后,它们被视为 QoS 0


QoS 1


发送方和接收方握手以确保只收到消息的一个副本。这样可以确保传递并避免发送消息的多个副本。


QoS 2


邮件将多次重新发送,直到收件人确认收到邮件。这最适用于时间敏感的消息,但可能会导致收到重复的消息。

MQTT 用例和物联网

MQTT是一种轻量级且节能的协议,多年来一直被用于以这些为关键考虑因素的解决方案中。


物联网是 MQTT 非常适合的最流行的例子。物联网设备通常由电池供电,维护成本可能非常高,因此最好在两次电池更换之间持续很长时间。虽然在家庭环境中,不时更换电池并不困难,但在工业环境中,有成千上万的传感器,分布在广阔的区域,而且通常位于非常难以到达的位置,它们的维护很快就会变得昂贵。


MQTT 物联网用例包括火灾探测器、盗窃跟踪、位置监控、传感器、发动机状态等。MQTT 还具有非常低的数据开销,因此,在数据成本高昂或部署了数千台设备的环境中,MQTT 是理想的选择。


PubNub 和 MQTT 在物联网方面可以很好地协同工作。请参阅我们的 IoT 演示和 IoT 教程,详细了解 PubNub 和 MQTT 如何提供可靠、可扩展且高效的 IoT 解决方案。


MQTT在实时通信中也非常流行,最著名的例子是Facebook Messenger。


为什么Facebook会选择使用MQTT?


因为它不会耗尽手机的电池电量,不会使用过多的数据,在安全协议上运行,允许扩展,轻松促进群聊,并通过中央 MQTT 代理骨干基础设施分发所有数据。

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