接前一篇文章：ESP32-C3模组上跑通MQTT（3）

本文内容参考：

《ESP32-C3 物联网工程开发实战》

特此致谢！

上一回讲到了MQTT的消息格式，讲解了MQTT控制报文中的固定头中的控制报文的类型、消息质量等级和标志位。本回继续讲解MQTT消息格式的更多内容。

四、MQTT消息格式

在MQTT协议中，MQTT控制报文由固定头（Fixed Header）、可变头（Variable Header）和消息体（Payload）三部分组成。

1. 固定头

固定头存在于所有MQTT控制报文中。MQTT控制报文固定头说明见下表：

Bit	7	6	5	4	3	2	1	0
第1个字节	控制报文的类型				用于指定控制报文的标志位
第2个字节	剩余长度

（1）控制报文的类型

（2）消息质量等级

（3）标志位

（4）剩余长度

第2个及以后的字节表示剩余长度，表示当前控制报文剩余部分的字节数，包括可变报头和负载的数据。剩余长度字段使用一个可变长度的编码方案，对小于128的值使用单字节编码。更大的值按以下方式处理：低7位有效位用于编码数据，最高有效位用于指示是否有更多的字节。因此，每个字节可以编码128个数值和一个延续位。剩余长度字段最大为4B（4个字节）。剩余长度字节数如下表所示：

字节	最小值	最大值
1	0（0x00）	127（0x7F）
2	128（0x80 0x01）	16383（0xFF 0x7F）
3	16384（0x80 0x80 0x01）	2097151（0xFF 0xFF 0x7F）
4	2097152（0x80 0x80 0x80 0x01）	268435455（0xFF 0xFF 0xFF 0x7F）

2. 可变头

某些MQTT控制报文包含一个可变报头部分，它在固定包头和负载之间，可变报头的内容根据控制报文类型的不同而不同。可变报头的报文标识符（Packet Identifier）字段存在于多种类型的控制报文中，如PUBLISH（QoS>0时）、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK。

3. 有效载荷

消息体位于MQTT数据报的第三部分，包含了CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、PUBLISH五种类型的消息。

1）CONNECT

消息体内容主要是客户端的ClientID、订阅的Topic、Message以及用户名和密码。

2）SUBSCRIBE

消息体内容是一系列要订阅的主题以及QoS。

3）SUBACK

消息体内容是服务器对于SUBSCRIBE所申请的主题以及QoS进行的确认和回复。

4）UNSUBSCRIBE

消息体内容是要取消订阅的主题。

5）PUBLISH

消息体内容是发布的应用消息，可以是零长度的。

五、协议对比

TCP、UDP、HTTP和CoAP等协议除了用于本地控制，还能用于远程控制。那么MQTT与这些协议相比，区别和联系如何呢？

1. MQTT协议与TCP协议的对比

MQTT协议是基于TCP协议的应用协议，两者都可以进行远程数据通信。对于套接字，TCP协议需要用户自行开发上层的应用协议，自行开发的应用协议使用场景很有限，不适合当下物联网万物互联的大环境。而MQTT是一个标准的物联网轻量级协议，目前大部分的云服务器，如阿里云、亚马逊云都使用MQTT协议，有利于产品的对接。

2. MQTT协议与HTTP协议的对比

HTTP协议和MQTT协议一样，采用的都是客户端/服务器端模型，都是基于TCP协议的应用协议。但HTTP协议报文开销比MQTT协议大很多，而且HTTP协议一般很难实现服务器向客户端主动推送数据，无法满足物联网远程控制的需求。如果设备只是单纯地上报数据，则可以使用HTTP协议。

3. MQTT协议与CoAP协议的对比

CoAP协议与HTTP协议类似，模仿HTTP协议的REST模型，服务器端以URI方式创建资源，客户端可以通过GET、PUT、POST、DELETE方法访问这些资源，并且协议风格也和HTTP协议极为相似，它比HTTP协议需要更少的设备资源与网路开销，非常适合物联网协议，但CoAP协议不适合远程控制。如果智能手机发送控制命令进行远程控制，则CoAP协议可能需要CoAP+Web+DataBase+App的架构。使用CoAP协议时，控制命令必须经过DataBase才能转给设备，因为CoAP协议是无连接的，智能手机发送控制命令时，服务器会先将控制命令存储到DataBase，设备会通过GET方法请求服务器端是否有控制命令，然后选择是否需要操作设备。而MQTT协议是面向连接的，服务器端会将智能手机发送的控制命令转发给每个订阅的设备，存储控制命令不是必需的，只需要MQTT客户端+MQTT服务器+App就能实现，在部署方面MQTT协议更具优势。

至此，MQTT理论基础部分的内容就讲完了，下一回结合官方例程进行代码分析及实际操作。