【IM即时通讯】MQTT协议的详解（2）- CONNECT Packet

【IM即时通讯】MQTT协议的详解（2）- CONNECT Packet

前言

关于所有的类型的数据示例已经在上面一篇博客说完：
回顾的同学可以直达这里

说明

CONNECT Packet此包是客户端与服务端建立连接后，发送的第一个包，且第一个包必须是此包。在一个连接中，该包只能发送一次。若发送了多次，当服务器第二次收到该包时，应该作为违法处理，立即断开连接。

一、固定同步详解、可变头部详解

• 固定头部

+---------------------------------------------------------+
|   bit   |  7  |  6  | 5   |  4  |  3  |  2  |  1  |  0  |
+---------------------------------------------------------+
|  byte1  |  0  |  0  | 0   |  1  |  0  |  0  |  0  |  0  |
+---------------------------------------------------------+
| byte2...|              Remaining Length                 |
+---------------------------------------------------------+

• 可变头部

+--------+----------------+---+---+---+---+---+---+---+---+
|  Bit   |   Description  | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
+---------------------------------------------------------+
| byte 1 |  Length MSB (0)| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
+---------------------------------------------------------+
| byte 2 |  Length LSB (4)| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
+---------------------------------------------------------+
| byte 3 |       'M'      | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
+---------------------------------------------------------+
| byte 4 |       'Q'      | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
+---------------------------------------------------------+
| byte 5 |       'T'      | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
+---------------------------------------------------------+
| byte 6 |       'T'      | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
+---------------------------------------------------------+
| byte 7 |     Level(4)   | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
+---------------------------------------------------------+
| byte 8 |        x       | x | x | x | x | x | x | x | 0 |
+--------+----------------+---+---+---+---+---+---+---+---+
| byte 9 |                 Keep Alive MSB                 |
+---------------------------------------------------------+
| byte 10|                 Keep Alive LSB                 |
+--------+----------------+---+---+---+---+---+---+---+---+

其中，

• 如前面介绍，前 2 个字节是包 ID。
• 3 ~ 6 字节是协议名称，字符使用 UTF-8 编码;
• 第 7 个字节是协议等级（协议版本。3.1.1 版本对应的协议等级是 4
• 第8个字节包含一些连接标记位。如下图所示：

注意：

若服务端不支持客户端协议版本，需要响应一个 CONNACK 包，指定 code 为 0x01，然后断开连接.服务端需校验 Reserved 位。若值不为 0，需断开连接。

• Clear session：用来指定对 Session 的处理方式。若值为0，在服务端和客户端断开连接后，它们都要保存 Session 信息，以便再次连上时恢复之前 Session 中的信息。除此之外，服务端还需要在断开连接后保存 QoS 1 和 QoS 2 消息和客户端的订阅内容；若值为1，当客户端和服务端连接上时，必须丢弃之前的 Session 状态信息再创建一个新的 Session 和订阅内容。

  • 位置：连接标识字节的第1位（Bit 1）

  • 在客户端，Session 状态信息包括：
    已被发送到服务端，但还没有被确认的 QoS 1 和 QoS 2 消息；
    已被服务器接收，但还没有被确认的 QoS 2 消息。
    在服务端，Session 状态信息包括：

  • 客户端的订阅内容；
    已被发送到服务端，但还没有被确认的 QoS 1 和 QoS 2 消息；
    待发送到客户端的QoS 1 和 QoS 2 消息；
    已被客户端接收，但还没有被确认的QoS 2 消息；
    （可选）待发送到客户端的QoS 0 消息；

• Will Flag，Will QoS，Will Retain：这三个字段是用来预立“遗嘱”的。预立“遗嘱”的意思是：客户端在连接服务端时，可将预先定义好的主题和对应消息发送给服务端。当它和服务端连接断开时，服务端将及时地发布这段消息到预定的主题。

  • Will Flag：
    位置：连接标识字节的第2位（Bit 2）
    含义：此标志位指示客户端是否指定了一个遗嘱（Will）消息。如果Will Flag 被设置为1，表明客户端希望在连接意外断开时，服务器能够发布一个预定义的遗嘱消息到指定的遗嘱主题。如果设置为0，则没有遗嘱消息被指定。
  • Will QoS (遗嘱服务质量)；
    位置：连接标识字节的第3和第4位（Bit 3 和 Bit 4）
    含义：这两个位共同表示遗嘱消息的服务质量（QoS）。QoS 级别可以是0（最多一次交付），1（至少一次交付），或2（恰好一次交付）。只有当Will Flag 被设置为1时，这两个位才有效。
  • Will Retain：
    位置：连接标识字节的第5位（Bit 5）
    含义：此标志位决定遗嘱消息是否被服务器保留。如果Will Retain 被设置为1，服务器将保留遗嘱消息，并将其作为新订阅者的默认消息。如果设置为0，遗嘱消息将不会被服务器保留。

• Password Flag：表示客户端将提供密码进行认证。如果设置为0，则不包含密码信息。

  • 位置：连接标识字节的第6位（Bit 6）
    含义：此标志位指示是否在CONNECT Packet 的载荷中包含密码信息。如果Password Flag 被设置为1

• User Name Flag：此标志位指示是否在CONNECT Packet 的载荷中包含用户名信息。

  • 位置：连接标识字节的第7位（Bit 7）
  • 如果User Name Flag 被设置为1，表示客户端将提供用户名进行认证。如果设置为0，则不包含用户名信息。

二、载荷内容详解

CONNECT 包的载荷一定包含 Client Identifier 字段，可能包含 Will Topic, Will Message, User Name, Password 字段（由可变头部中的各标记位决定）。这些字段若存在，一定要按照以上顺序排列。

• Client Identifier：由客户端自己指定的 ID，服务端据此来标识客户端（以此关联Session）。因此不同客户端之间的 ID 不能重复（重复将视为同一客户端）。它使用 UTF-8编码，长度通常在1 ~ 23个字节之间，通常包含 [0-9a-zA-Z] 中的字符（允许例外，由服务端的实现决定）。若客户端 ID 不存在，服务端需要为其指定一个独一无二的 ID。在这种情况下，客户端必须设置 CleanSession 为 1；若不设为 1，服务端需要 响应 CONNACK 包，其中 返回 code 0x02（Identifier rejected）， 随后断开连接。
• Will Topic，Will Message：当 Will Flag 值为 1 时存在，均采用 UTF-8 编码。
• User Name：采用 UTF-8 编码，用来做身份认证。
• Password：长度不固定，头两个字节用来指明密码的字节数，之后是密码的字节，结构如下：

+-----------+---+---+---+---+---+---+---+---+
|    Bit    | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
+---------------+---+---+---+---+---+---+---+
|  byte 1   |        Data length MSB        |
+-------------------------------------------+
|  byte 2   |        Data length LSB        |
+-------------------------------------------+
|  byte 3...|      Data, if length > 0.     |
+-------------------------------------------+

在 MQTT 协议中，字符串均采用的 UTF-8 编码

+------------------------------------------------------------+
|   Bit   |  7  |  6  | 5   |  4  |  3  |  2  |  1  |    0   |
+------------------------------------------------------------+
|  byte1  |                 String length MSB                |
+------------------------------------------------------------+
|  byte2  |                 String length LSB                |
+------------------------------------------------------------+
| byte3...|    UTF-8 Encoded Character Data, if length > 0   |
+------------------------------------------------------------+

一些情况的处理方式：
注意：在一个客户端在线的情况下，同一客户端（相同 Client ID）再次连接服务端，服务端需断开之前的连接；客户端在发送 CONNECT 包后，可以再立即发送其他的包，而无需等待 CONNACK 包的响应。但服务端收到 CONNECT 包后，若拒绝连接，一定不能处理客户端在 CONNECT 包后发送的包。

总结

下一个类型：CONNACK Packet