C语言代码封装MQTT协议报文，了解MQTT协议通信过程

news/2024/11/9 1:42:47/

【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; 
}

http://www.ppmy.cn/news/77906.html

相关文章

二十三种设计模式第九篇--代理模式

二十三种设计模式第九篇--代理模式

在代理模式&#xff08;Proxy Pattern&#xff09;中&#xff0c;一个类代表另一个类的功能。这种类型的设计模式属于结构型模式。在代理模式中&#xff0c;我们创建具有现有对象的对象&#xff0c;以便向外界提供功能接口。 意图&#xff1a;为其他对象提供一种代理以控制对这…
阅读更多...
项目管理基础：什么是项目管理？

项目管理基础：什么是项目管理？

一、项目管理的缘起与发展 项目管理并非基础学科&#xff0c;它是人类在生产实践中不断的经验积累所总结归纳的一门学科&#xff0c;在人们不断的完善与修订下逐步形成了现有的项目管理知识体系。 项目经理是随着人们对项目管理要求的提升而逐渐分化出的一个专业职位&#xf…
阅读更多...
自定义属性，v-bind computed的使用

自定义属性，v-bind computed的使用

0.0 自定义组件的使用 【掌握】 先自定义自己的组件 引入组件 import 组件名 from 路径/文件名 注册组件 <script> export default {components:{ // 组件注册组件名:组件名&#xff0c;组件名1},data(){ // 数据return {}},methods:{ // 方法} ​ } ​ </script&…
阅读更多...
Containerd+Kubernetes搭建k8s集群

Containerd+Kubernetes搭建k8s集群

ContainerdKubernetes搭建k8s集群 文档说明安装软件的版本和下载地址环境说明服务器准备负载均衡IP地址准备 安装步骤环境设置关闭防火墙关闭SELinux关闭swap分区设置主机名称解析设置主机名称加载 br_netfilter 模块桥接的IPv4流量传递到iptables升级操作系统内核导入elrepo g…
阅读更多...
【华为OD机试】导师请吃火锅【2023 B卷|200分】

【华为OD机试】导师请吃火锅【2023 B卷|200分】

题目描述 入职后&#xff0c;导师会请你吃饭&#xff0c;你选择了火锅。 火锅里会在不同时间下很多菜。 不同食材要煮不同的时间&#xff0c;才能变得刚好合适。 你希望吃到最多的刚好合适的菜&#xff0c;但你的手速不够快&#xff0c;用m代表手速&#xff0c; 每次下手捞菜后…
阅读更多...
【Linux高级 I/O（3）】如何使用阻塞 I/O 与非阻塞 I/O？——poll()函数

【Linux高级 I/O（3）】如何使用阻塞 I/O 与非阻塞 I/O？——poll()函数

poll()函数介绍 系统调用 poll()与 select()函数很相似&#xff0c;但函数接口有所不同。在 select()函数中&#xff0c;我们提供三个 fd_set 集合&#xff0c;在每个集合中添加我们关心的文件描述符&#xff1b;而在 poll()函数中&#xff0c;则需要构造一个 struct pollfd 类…
阅读更多...
2023全球最佳医院榜单及简要介绍

2023全球最佳医院榜单及简要介绍

作为医学类的访问学者、博士后及联合培养博士们&#xff0c;都希望到世界知名医院进行临床研修交流及科研学习。2023 年世界最佳医院排行榜的发布为申请者提供了目标平台&#xff0c;现知识人网小编整理刊出。 近期&#xff0c;《新闻周刊》和全球数据公司 Statista 推出了2023…
阅读更多...
ES6中class继承

ES6中class继承

1.简介 说明&#xff1a;class可以通过extends关键字实现继承&#xff0c;让子类继承父亲的属性和方法 class Fun {constructor(x, y) {this.x xthis.y y}talk() {console.log("talk方法");}tell() {console.log("tell方法");}}class Fun1 extends Fun …
阅读更多...
最新文章

Copyright @ 2022~2023