【后附源碼】全網(wǎng)唯一MQTT結(jié)構(gòu)分析,不進(jìn)來(lái)看看?


全網(wǎng)唯一物聯(lián)網(wǎng)MQTT協(xié)議報(bào)文
結(jié)構(gòu)分析以及基于C#代碼的報(bào)文組裝實(shí)現(xiàn)
介紹
MQTT是一種基于TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議,它規(guī)定了不同應(yīng)用之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)的傳送格式。既然是協(xié)議,理論上可以被任何開(kāi)發(fā)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)它,以運(yùn)行在任何平臺(tái),這個(gè)特性就可以將所有可聯(lián)網(wǎng)的物品通過(guò)此協(xié)議的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,這是其一,之所以被物聯(lián)網(wǎng)所青睞,還因?yàn)樗膸讉€(gè)主要的特性:
1、使用發(fā)布/訂閱消息模式,提供一對(duì)多的消息發(fā)布,解除耦合,各終端之間無(wú)關(guān)
2、對(duì)負(fù)載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸,可以對(duì)消息訂閱者所接受到的內(nèi)容有所屏蔽
3、具體有三種消息發(fā)布的服務(wù)質(zhì)量(以后細(xì)說(shuō))
4、小型傳輸,開(kāi)銷(xiāo)小,固定長(zhǎng)度的頭部是 2 字節(jié),協(xié)議交換最小化,以降低網(wǎng)絡(luò)流量
5、使用Last Will和Testament特性通知有關(guān)各方客戶端異常中斷的機(jī)制
應(yīng)用實(shí)現(xiàn)
為了更方便的抓包分析,進(jìn)行了MQTT協(xié)議的服務(wù)端與客戶端的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

運(yùn)行機(jī)制

服務(wù)端:通過(guò)云端一個(gè)服務(wù)器程序開(kāi)啟MQTT服務(wù)器(Broker),常見(jiàn)的如EMQ
客戶端:不管是IoT管理應(yīng)用程序還是IoT設(shè)備,都屬性于客戶端程序
訂閱:各客戶端程序如果想要接收到別人發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù),就需要訂閱一個(gè)主題(Topic)
發(fā)布:任何客戶端都可以根據(jù)一個(gè)主題向服務(wù)器發(fā)布消息,服務(wù)器會(huì)根據(jù)訂立記錄,將消息推送至訂閱了對(duì)應(yīng)主題的客戶端
數(shù)據(jù)傳輸格式
MQTT報(bào)文大體上包含三大部分:固定報(bào)頭、可變報(bào)頭、報(bào)文載荷,整體結(jié)構(gòu)如下

固定報(bào)頭

第一個(gè)字節(jié)中高4位保存了消息的類(lèi)型信息,包含1-14種類(lèi)型(5.0版本擴(kuò)充了第15個(gè):認(rèn)證交換)
1 CONNECT – 連接服務(wù)端
2 CONNACK – 確認(rèn)連接請(qǐng)求
3 PUBLISH – 發(fā)布消息
4 PUBACK –發(fā)布確認(rèn)
5 PUBREC – 發(fā)布收到(QoS 2,第一步)
6 PUBREL – 發(fā)布釋放(QoS 2,第二步)
7 PUBCOMP – 發(fā)布完成(QoS 2,第三步)
8 SUBSCRIBE - 訂閱主題
9 SUBACK – 訂閱確認(rèn)
10 UNSUBSCRIBE –取消訂閱
11 UNSUBACK – 取消訂閱確認(rèn)
12 PINGREQ – 心跳請(qǐng)求
13 PINGRESP – 心跳響應(yīng)
14 DISCONNECT – 斷開(kāi)連接
15 AUTH – 認(rèn)證交換
可變報(bào)頭

報(bào)文載荷

報(bào)文截獲
利用 WireShark進(jìn)行報(bào)文截獲,以連接請(qǐng)求報(bào)文為例:

C#代碼實(shí)現(xiàn)
此處以客戶端發(fā)送連接請(qǐng)求為例,完整報(bào)文拼接實(shí)例如下
static void Main(string[] args){Console.WriteLine("歡迎關(guān)注朝夕教育,我是Jovan");try{string ip = "127.0.0.1";int port = 1883;string username = "admin";string password = "123456";string clientId = "C001";//Socket socketClient = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);socketClient.Connect(ip, port);Console.WriteLine(">>> TCP 連接通道已建立");// 建立MQTT連接{// 構(gòu)建MQTT報(bào)文Listbytes = new List (); bytes.AddRange(new byte[] { 0, 4 });// Protocol Name Lengthbytes.AddRange(Encoding.ASCII.GetBytes("MQTT"));// Protocol Namebytes.Add(4);byte flag = 0;flag |= 128;// 用戶名標(biāo)記flag |= 64; // 密碼標(biāo)記flag |= 2; // Clean Session 標(biāo)記bytes.Add(flag);// KeepAlivebyte[] bytesKeepAlive = BitConverter.GetBytes((int)TimeSpan.FromSeconds(100).TotalSeconds);bytes.Add(bytesKeepAlive[1]);bytes.Add(bytesKeepAlive[0]);// ClientIDbyte[] clienIdBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(clientId);bytes.Add((byte)(clienIdBytes.Length / 256));bytes.Add((byte)(clienIdBytes.Length % 256));// 長(zhǎng)度占兩個(gè)字節(jié)bytes.AddRange(clienIdBytes);// UserNamebyte[] usernameBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(username);bytes.Add((byte)(usernameBytes.Length / 256));bytes.Add((byte)(usernameBytes.Length % 256));// 長(zhǎng)度占兩個(gè)字節(jié)bytes.AddRange(usernameBytes);// Passwordbyte[] passwordBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(password);bytes.Add((byte)(passwordBytes.Length / 256));bytes.Add((byte)(passwordBytes.Length % 256));// 長(zhǎng)度占兩個(gè)字節(jié)bytes.AddRange(passwordBytes);byte[] bufferLen = new byte[] { (byte)bytes.Count };MemoryStream memoryStream = new MemoryStream();memoryStream.WriteByte(1 << 4);memoryStream.Write(bufferLen, 0, (int)bufferLen.Length);memoryStream.Write(bytes.ToArray(), 0, (int)bytes.Count);byte[] array = memoryStream.ToArray();memoryStream.Close();socketClient.Send(array);}}catch (Exception ex){Console.WriteLine(ex.Message);}Console.ReadLine();}
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