C语言代码封装MQTT协议报文，了解MQTT协议通信过程

news2024/11/18 8:29:25

【1】MQTT协议介绍

MQTT是一种轻量级的通信协议，适用于物联网（IoT）和低带宽网络环境。它基于一种“发布/订阅”模式，其中设备发送数据（也称为 “发布”）到经纪人（称为MQTT代理），这些数据被存储，并在需要时被转发给订阅者。这种方式简化了网络管理，允许多个设备在不同的网络条件下进行通信（包括延迟和带宽限制），并支持实时数据更新。它是开放的，可免费使用并易于实施。
在这里插入图片描述

【2】MQTT协议报文字段介绍

MQTT协议报文由两部分组成：固定报头和可变报头。

固定报头的格式是统一的，其中包括了报文类型和剩余长度两个字段。

可变报头的格式取决于报文类型。

下面是MQTT协议中各个报文类型的可变报头字段说明。

（1）CONNECT：MQTT连接请求报文

CONNECT报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节（即报文类型和标志位的组合）为0x10，表示这是一个CONNECT报文。

可变报头包括了以下字段：

  • 协议名（Protocol Name）：用于标识MQTT协议的名称，固定为字符串"MQTT"；
  • 协议级别（Protocol Level）：用于标识所使用的MQTT协议的版本号，一般情况下为4；
  • 连接标志（Connect Flags）：用于设置各种连接选项，其中包括：
    • 用户名/密码（Username/Password）：用于对连接进行身份验证；
    • 清理会话（Clean Session）：表示客户端需要清除服务器上旧的Session信息；
    • 遗嘱标志（Will Flag）：表示客户端是否需要在与服务器的连接意外断开时发送遗嘱信息；
    • 遗嘱QoS（Will QoS）：用于设置遗嘱消息的服务质量等级；
    • 遗嘱保留（Will Retain）：表示遗嘱消息是否需要被服务器保留；
    • 用户名标志（Username Flag）：表示客户端是否需要发送用户名字段；
    • 密码标志（Password Flag）：表示客户端是否需要发送密码字段。
  • 保持连接（Keep Alive）：用于设置心跳包的发送间隔时间，以便客户端和服务器之间保持连接。

（2）CONNACK：MQTT连接响应报文

CONNACK报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0x20，表示这是一个CONNACK报文。

可变报头包括了以下字段：

  • 连接应答（Connect Acknowledgment）：用于表示连接是否成功，一般为0表示成功，其他值表示失败；
  • 保留标志（Reserved Flag）：保留字段，必须为0。

（3）PUBLISH：MQTT发布消息报文

PUBLISH报文包括固定报头和可变报头两部分，以及消息体。其中，固定报头的第一个字节由报文类型和QoS级别组合而成，QoS级别可以为0、1或2。

可变报头包括了以下字段：

  • 主题名（Topic Name）：用于标识消息的主题；
  • 报文标识符（Packet Identifier）：用于在QoS级别为1或2时确认消息分发的情况，如果为0则表示QoS级别为0。

消息体包括了要发布的消息内容。

（4）PUBACK：MQTT发布确认报文

PUBACK报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0x40，表示这是一个PUBACK报文。

可变报头仅包括一个报文标识符（Packet Identifier）字段，用于确认QoS级别为1的发布消息。

（5）PUBREC：MQTT发布接收报文

PUBREC报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0x50，表示这是一个PUBREC报文。

可变报头仅包括一个报文标识符（Packet Identifier）字段，用于确认QoS级别为2的发布消息。

（6）PUBREL：MQTT发布释放报文

PUBREL报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0x62，表示这是一个PUBREL报文。

可变报头仅包括一个报文标识符（Packet Identifier）字段，用于确认QoS级别为2的发布消息。

（7）PUBCOMP：MQTT发布完成报文

PUBCOMP报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0x70，表示这是一个PUBCOMP报文。

可变报头仅包括一个报文标识符（Packet Identifier）字段，用于确认QoS级别为2的发布消息。

（8）SUBSCRIBE：MQTT订阅请求报文

SUBSCRIBE报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0x82，表示这是一个SUBSCRIBE报文。

可变报头包括了以下字段：

  • 报文标识符（Packet Identifier）：用于确认订阅请求的情况；
  • 订阅主题（Subscription Topic）：用于设置订阅的主题；
  • 服务质量等级（QoS Level）：用于设置订阅请求使用的服务质量等级，可以为0、1或2。

（9）SUBACK：MQTT订阅确认报文

SUBACK报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0x90，表示这是一个SUBACK报文。

可变报头包括了以下字段：

  • 报文标识符（Packet Identifier）：用于确认订阅请求的情况；
  • 订阅确认等级（Subscription Acknowledgment）：用于确认订阅请求的服务质量等级，可以为0、1或2。

（10）UNSUBSCRIBE：MQTT取消订阅报文

UNSUBSCRIBE报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0xA2，表示这是一个UNSUBSCRIBE报文。

可变报头包括了以下字段：

  • 报文标识符（Packet Identifier）：用于确认取消订阅请求的情况；
  • 订阅主题（Subscription Topic）：用于设置要取消订阅的主题。

（11）UNSUBACK：MQTT取消订阅确认报文

UNSUBACK报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0xB0，表示这是一个UNSUBACK报文。

可变报头仅包含报文标识符（Packet Identifier）字段，用于确认取消订阅请求。

（12）PINGREQ：MQTT心跳请求报文

PINGREQ报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0xC0，表示这是一个PINGREQ报文。

PINGREQ报文不包含可变报头字段。

（13）PINGRESP：MQTT心跳响应报文

PINGRESP报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0xD0，表示这是一个PINGRESP报文。

PINGRESP报文不包含可变报头字段。

（14）DISCONNECT：MQTT断开连接报文

DISCONNECT报文包括固定报头和可变报头两部分。其中，固定报头的第一个字节为0xE0，表示这是一个DISCONNECT报文。

DISCONNECT报文不包含可变报头字段。

【3】封装MQTT协议

这是一个使用C语言在Linux下建立TCP通信并发送MQTT报文的例子。 根据MQTT报文自己封装协议。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

// 定义MQTT报文类型
#define MQTT_CONNECT    0x10
#define MQTT_CONNACK    0x20
#define MQTT_PUBLISH    0x30
#define MQTT_PUBACK     0x40
#define MQTT_SUBSCRIBE  0x80
#define MQTT_SUBACK     0x90
#define MQTT_UNSUBSCRIBE    0xA0
#define MQTT_UNSUBACK   0xB0
#define MQTT_PINGREQ    0xC0
#define MQTT_PINGRESP   0xD0
#define MQTT_DISCONNECT    0xE0

// 定义MQTT连接标志
#define MQTT_CONNECT_FLAG_CLEAN     0x02
#define MQTT_CONNECT_FLAG_WILL      0x04
#define MQTT_CONNECT_FLAG_WILL_QOS0 0x00
#define MQTT_CONNECT_FLAG_WILL_QOS1 0x08
#define MQTT_CONNECT_FLAG_WILL_QOS2 0x10
#define MQTT_CONNECT_FLAG_WILL_RETAIN   0x20
#define MQTT_CONNECT_FLAG_PASSWORD  0x40
#define MQTT_CONNECT_FLAG_USERNAME  0x80

// 定义MQTT报文结构体
typedef struct mqtt_packet 
{
	unsigned char *data;
	unsigned int length;
}
mqtt_packet_t;

// 建立socket连接并返回socket文件描述符
int socket_connect(char *address, int port) 
{
	struct sockaddr_in server_address;
	int socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (socket_fd == -1) 
	{
		printf("Failed to create socket!\n");
		return -1;
	}
	server_address.sin_family = AF_INET;
	server_address.sin_port = htons(port);
	if ((inet_pton(AF_INET, address, &server_address.sin_addr)) <= 0) 
	{
		printf("Invalid address/ Address not supported\n");
		return -1;
	}
	if (connect(socket_fd, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address)) < 0) 
	{
		printf("Connection Failed!\n");
		return -1;
	}
	return socket_fd;
}
// 打包MQTT连接报文 
mqtt_packet_t *mqtt_connect(char *client_id, char *username, char *password) 
{
	mqtt_packet_t *packet = (mqtt_packet_t *)malloc(sizeof(mqtt_packet_t));
	unsigned char *data = (unsigned char *)malloc(256);
	unsigned int length = 0;
	// 固定报头 
	data[length++] = MQTT_CONNECT;
	// 可变报头 
	data[length++] = 0x0C;
	// 清理会话标志和协议版本号
	data[length++] = 'M';
	data[length++] = 'Q';
	data[length++] = 'T';
	data[length++] = 'T';
	data[length++] = 0x04;
	// 协议版本号 // 连接标志 
	unsigned char flags = MQTT_CONNECT_FLAG_CLEAN;
	if (username != NULL) 
	{
		flags |= MQTT_CONNECT_FLAG_USERNAME;
	}
	if (password != NULL) 
	{
		flags |= MQTT_CONNECT_FLAG_PASSWORD;
	}
	data[length++] = flags;
	data[length++] = 0xFF;
	// 保持连接时间低8位 
	data[length++] = 0xFF;
	// 保持连接时间高8位 // 剩余长度 
	unsigned char remaining_length = length - 1;
	data[remaining_length++] = (unsigned char)(length - 2);
	packet->data = data;
	packet->length = length;
	return packet;
}
// 发送MQTT报文 
void mqtt_send(int socket_fd, mqtt_packet_t *packet) 
{
	if (send(socket_fd, packet->data, packet->length, 0) < 0) 
	{
		printf("Failed to send message!\n");
	}
}
// 接收MQTT报文
int mqtt_recv(int socket_fd, mqtt_packet_t *packet) 
{
	unsigned char header[2];
	if (recv(socket_fd, header, 2, 0) != 2) 
	{
		printf("Failed to receive message header!\n");
		return -1
	}
	unsigned int remaining_length = 0;
	unsigned int multiplier = 1;
	int i = 1;
	do 
	{
		if (recv(socket_fd, &header[i], 1, 0) != 1) 
		{
			printf("Failed to receive remaining_length byte %d!\n", i);
			return -1;
		}
		remaining_length += (header[i] & 127) * multiplier;
		multiplier *= 128;
		i++;
	}
	while ((header[i - 1] & 128) != 0);
	packet->length = remaining_length + i;
	packet->data = (unsigned char *)malloc(packet->length);
	memcpy(packet->data, header, 2);
	if (recv(socket_fd, packet->data + 2, packet->length - 2, 0) != packet->length - 2) 
	{
		printf("Failed to receive full message!\n");
		return -1;
	}
	return 0;
}


int main(int argc, char *argv[]) 
{
	// 建立 TCP 连接 
	int socket_fd = socket_connect("test.mosquitto.org", 1883);
	if (socket_fd == -1) 
	{
		printf("Failed to connect to MQTT server!\n");
		return -1;
	}
	printf("Connected to MQTT server!\n");
	// 打包并发送 MQTT 连接报文
	mqtt_packet_t *connect_packet = mqtt_connect("test_client", NULL, NULL);
	mqtt_send(socket_fd, connect_packet);
	printf("Sent MQTT CONNECT packet!\n");
	free(connect_packet->data);
	free(connect_packet);
	// 接收 MQTT CONNACK 报文
	mqtt_packet_t *connack_packet = (mqtt_packet_t *)malloc(sizeof(mqtt_packet_t));
	if (mqtt_recv(socket_fd, connack_packet) != 0) 
	{
		printf("Failed to receive MQTT CONNACK packet!\n");
		return -1;
	}
	if (connack_packet->data[1] != 0x00) 
	{
		printf("MQTT server rejected connection!\n");
		return -1;
	}
	printf("Received MQTT CONNACK packet!\n");
	free(connack_packet->data);
	free(connack_packet);
	// 断开 TCP 连接 close(socket_fd); return 0; 
}

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/563332.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

实现一个域名对应多个IP地址和DNS优缺点

实现一个域名对应多个IP地址和DNS优缺点

DNS定义 DNS&#xff08;Domain Name System&#xff09;是因特网的一项服务&#xff0c;它作为域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库&#xff0c;能够使人更方便的访问互联网。 DNS作用 解析域名 人们在通过浏览器访问网站时只需要记住网站的域名即可&#xff0c;而不需…
阅读更多...
清晰易懂IoC

清晰易懂IoC

1.IoC的目的在于让服务端的代码不需要改动 这段代码的问题在于&#xff0c;如果想要调用不同的dao层&#xff0c;就需要在服务端的代码Service层中进行改动 比如要调用dao1&#xff0c;Service层代码就是Dao dao1new Dao1() 比如要调用dao2&#xff0c;Service层代码就是Dao …
阅读更多...
【JavaScript 递归】判断两个对象的键值是否完全一致，支持深层次查询，教你玩转JavaScript脚本语言

【JavaScript 递归】判断两个对象的键值是否完全一致，支持深层次查询，教你玩转JavaScript脚本语言

博主&#xff1a;東方幻想郷 Or _LJaXi 专栏分类&#xff1a;JavaScript | 脚本语言 JavaScript 递归 - 判断两个对象的键值 &#x1f315; 起因&#x1f313; 代码流程⭐ 第一步 判断两个对象的长度是否一致⭐ 第二步 循环 obj 进行判断两个对象⭐ 第三步 递归条件判断两个对象…
阅读更多...
ChatGPT：你真的了解网络安全吗？浅谈攻击防御进行时之网络攻击新威胁

ChatGPT：你真的了解网络安全吗？浅谈攻击防御进行时之网络攻击新威胁

ChatGPT&#xff1a;你真的了解网络安全吗&#xff1f;浅谈网络安全攻击防御进行时 网络攻击新威胁1) 人工智能的应用2) 5G和物联网的崛起3) 云安全4) 社交工程的威胁 总结 ChatGPT&#xff08;全名&#xff1a;Chat Generative Pre-trained Transformer&#xff09;&#xff0…
阅读更多...
大龄、零基础，想转行做网络安全。怎样比较可行？这届粉丝可真难带

大龄、零基础，想转行做网络安全。怎样比较可行？这届粉丝可真难带

昨晚上真的给我气孕了。 对于一直以来对网络安全兴趣很大&#xff0c;想以此作为以后的职业方向的人群。 不用担心&#xff0c;你可以选择兼顾工作和学习&#xff0c;以步步为营的方式尝试转行到网络安全领域。 那么&#xff0c;网络安全到底要学些什么呢&#xff1f; &…
阅读更多...
getline()与cin.getline()

getline()与cin.getline()

文章目录 1.getline2.cin.getline3.区别 1.getline 读取一行内容。定义为&#xff1a; istream& getline (istream& is, string& str, char delim);参数一&#xff1a;istream &is 表示一个输入流&#xff0c;譬如cin&#xff1b; 参数二&#xff1a;string…
阅读更多...
Tensorflow2基础代码实战系列之双层RNN文本分类任务

Tensorflow2基础代码实战系列之双层RNN文本分类任务

深度学习框架Tensorflow2系列 注&#xff1a;大家觉得博客好的话&#xff0c;别忘了点赞收藏呀&#xff0c;本人每周都会更新关于人工智能和大数据相关的内容&#xff0c;内容多为原创&#xff0c;Python Java Scala SQL 代码&#xff0c;CV NLP 推荐系统等&#xff0c;Spark …
阅读更多...
自动化测试工具selenium的使用方法

自动化测试工具selenium的使用方法

一、前言 由于requests模块是一个不完全模拟浏览器行为的模块&#xff0c;只能爬取到网页的HTML文档信息&#xff0c;无法解析和执行CSS、JavaScript代码&#xff0c;因此需要我们做人为判断&#xff1b; selenium模块本质是通过驱动浏览器&#xff0c;完全模拟浏览器的操作&…
阅读更多...
Python爬虫入门案例6：scrapy的基本语法+使用scrapy进行网站数据爬取

Python爬虫入门案例6：scrapy的基本语法+使用scrapy进行网站数据爬取

几天前在本地终端使用pip下载scrapy遇到了很多麻烦&#xff0c;总是报错&#xff0c;花了很长时间都没有解决&#xff0c;最后发现pycharm里面自带终端&#xff01;&#xff08;狂喜&#xff09;&#xff0c;于是直接在pycharm终端里面写scrapy了 这样的好处就是每次不用切换路…
阅读更多...
项目风险应对策略：项目经理应对不确定性的指南

项目风险应对策略：项目经理应对不确定性的指南

风险应对是项目经理管理项目未来的工具箱。它可以帮助管理人员弄清楚可能会出现什么问题&#xff0c;并让他们有机会为这些问题做好准备。 对抗负面风险的5种策略 如果没有风险管理计划&#xff0c;项目可能会因意外问题或不良风险而迅速脱轨。什么策略可以用来对抗负面风险&…
阅读更多...
Salesforce认证｜新鲜出炉销售代表认证！

Salesforce认证｜新鲜出炉销售代表认证！

Salesforce一直致力于为专业人士提供测试知识与技能的方法&#xff0c;现在终于轮到销售人员了&#xff01; 前不久&#xff0c;Salesforce宣布推出销售代表认证&#xff0c;这不仅是首个面向销售人员的认证&#xff0c;也是为数不多的非技术类、非顾问类认证&#xff0c;这为…
阅读更多...
记录 aaPanel 安装环境失败的经历及解决方案

记录 aaPanel 安装环境失败的经历及解决方案

最近我在一台Debian 11的国外服务器上安装aaPanel&#xff08;即宝塔面板的国际版&#xff09;。在安装完面板后&#xff0c;我继续安装LNMP环境。几分钟后&#xff0c;aaPanel提示LNMP环境已经安装成功。然而&#xff0c;在创建站点时&#xff0c;却提示环境没有安装。 问题排…
阅读更多...
财务共享中心成功建立！用友帮助河南水投集团打造财务效率新高地

财务共享中心成功建立！用友帮助河南水投集团打造财务效率新高地

河南水投集团作为省级水务集团&#xff0c;自成立以来一直坚持以资产筹集资金&#xff0c;以资金建设项目&#xff0c;以运营扩张资本。即使在面对经济下行压力及疫情影响双重挑战下&#xff0c;仍坚持结果导向&#xff0c;通过项目建设推动发展&#xff0c;保持了较好的发展态…
阅读更多...
MyBatisPlus更新字段为null的正确姿势以及lambda方式的条件字段解析之源码解析

MyBatisPlus更新字段为null的正确姿势以及lambda方式的条件字段解析之源码解析

文章目录 [toc] 1.问题2.原因3.解决方法3.1错误方法方式一&#xff1a;配置全局字段策略方式二&#xff1a;在实体上添加字段策略注解 3.2正确姿势方式一&#xff1a;使用LambdaUpdateWrapper &#xff08;推荐&#xff09;方式二&#xff1a;使用UpdateWrapper方式三 总结 1.问…
阅读更多...
沉降仪工作原理

沉降仪工作原理

输电线路杆塔倾斜北斗在线监测装置 一、产品概述 杆塔、铁塔在时间、自然因素的影响下&#xff0c;发生的倾斜、偏离等现象&#xff0c;而在人工巡检电力设施时是不容易通过人眼判别的&#xff0c;在日积月累的变化中&#xff0c;铁塔、杆塔会因倾斜幅度过大进一步引发严重的坍…
阅读更多...
基于 Bert 论文构建 Question-Answering 模型

基于 Bert 论文构建 Question-Answering 模型

访问【WRITE-BUG数字空间】_[内附完整源码和文档] 摘要 本文拜读了提出 Bert 模型的论文&#xff0c;考虑了在 Bert 中算法模型的实现.比较了 Bert 与其他如 Transformer、GPT 等热门 NLP 模型.BERT 在概念上很简单&#xff0c;在经验上也很强大。它推动了 11 项自然语言处理任…
阅读更多...
“她经济”崛起，茉莉智慧如何以科技赋能月子中心迭代升级？

“她经济”崛起，茉莉智慧如何以科技赋能月子中心迭代升级？

近年来&#xff0c;利好生育政策频出&#xff0c;女性消费能力不断提升&#xff0c;以月子中心为核心的产后护理赛道发展势头良好。据iiMedia Research数据&#xff0c;2022年中国月子中心市场规模突破223.0亿元。iiMedia Research市场调查显示&#xff0c;93.5%的受访者认为产…
阅读更多...
ubuntu命令记录

ubuntu命令记录

centos 下载地址&#xff1a; 网易镜像&#xff1a;http://mirrors.163.com/centos/6/isos/ 搜狐镜像&#xff1a;http://mirrors.sohu.com/centos/6/isos/ VM与LINUX的安装&#xff08;虚拟机的安装&#xff09; 注意&#xff1a;a.必须开启虚拟化&#xff08;一般电脑都默认…
阅读更多...
BFT 最前线 | 王小川：2033机器智慧将超人类；扎克伯格财富暴涨；哈工大：能跳跃的昆虫机器人；北京支持“1+4”机器人领域

BFT 最前线 | 王小川：2033机器智慧将超人类；扎克伯格财富暴涨；哈工大：能跳跃的昆虫机器人；北京支持“1+4”机器人领域

原创 | 文 BFT机器人 名人动态 CELEBRITY NEWS 01 王小川&#xff1a;10年后机器智慧将超过人类 年底将推出对标GPT-3.5的模型 科技预言大师雷库兹韦尔说人工智能的奇点&#xff0c;机器智慧超过人类会发生在2045年&#xff0c;王小川的判断比这更激进&#xff0c;他认为这一…
阅读更多...
复杂的C++继承

复杂的C++继承

文章目录 什么是继承继承方式赋值规则继承中的作用域&#xff08;隐藏&#xff09;子类中的默认成员函数需要自己写默认成员函数的情况 继承与友元及静态成员多继承菱形继承菱形继承的问题菱形虚拟继承 继承和组合 面向对象三大特性&#xff1a;封装继承和多态。封装在类和对象…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023