MQTT 5.0 报文解析 03:SUBSCRIBE 与 UNSUBSCRIBE

2024-05-07 23:52

本文主要是介绍MQTT 5.0 报文解析 03:SUBSCRIBE 与 UNSUBSCRIBE,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

欢迎阅读 MQTT 5.0 报文系列 的第三篇文章。在上一篇中,我们介绍了 MQTT 5.0 的 PUBLISH 及其响应报文。现在,我们将介绍用于订阅和取消订阅的控制报文。

在 MQTT 中,SUBSCRIBE 报文用于发起订阅请求,SUBACK 报文用于返回订阅结果。而 UNSUBSCRIBE 和 UNSUBACK 报文则在取消订阅时使用。相比于取消订阅,订阅操作更加常用。不过在本文中,我们仍然会一并介绍订阅与取消订阅报文的结构与组成。

报文示例

首先我们借助 Wireshark 来捕获一次真实的 MQTT 订阅请求与响应,这里我们使用 MQTTX CLI 向 公共 MQTT 服务器 发起订阅请求。以下命令将创建一个主题为 demo,且最大 QoS 设置为 2 的订阅:

mqttx sub --hostname broker.emqx.io --mqtt-version 5 --topic demo --qos 2

以下是 Wireshark 捕获到的 SUBSCRIBE 和 SUBACK 报文数据:

# SUBSCRIBE
82 0a 05 be 00 00 04 64 65 6d 6f 02# SUBACK
90 04 05 be 00 02

Linux 环境可以先使用 tcpdump 命令抓取报文,然后导入至 Wireshark 分析。

这些由十六进制字节组成的原始且晦涩的报文数据,它们分别对应着以下报文内容:

01subscribepacket.png

02subackpacket.png

也许你开始好奇它们是如何完成从简单的 MQTTX CLI 命令到复杂的报文数据的转换,或者好奇当你捕获到一个 MQTT 报文,你应该如何从中提取你想要的信息。

那么在接下来的 SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE 以及 UNSUBACK 的报文结构的介绍中,你的疑问将得到解答。

SUBSCRIBE 报文结构

固定报头

在 SUBSCRIBE 报文中,固定报头中首字节的高 4 位值必须为 8(0b1000),而低 4 位保留位必须被设置为 2(0b0010)。第一个字节之后,仍然是剩余长度(Remaining Length)字段,它是一个可变字节整数。

SUBSCRIBE 固定报头

可变报头

SUBSCRIBE 报文的可变报头按顺序包含以下字段:

SUBSCRIBE 可变报头

  • 报文标识符(Packet Identifier):一个两个字节长度的无符号整数,用来唯一地标识订阅请求。PUBLISH、SUBSCRIBE、UNSUBSCRIBE 报文使用一组报文标识符,这表示它们不能同时使用同一个报文标识符。
  • 属性(Properties):下表列出了 SUBSCRIBE 报文的所有可用属性。
IdentifierProperty NameType
0x0BSubscription Identifier变长字节整数
0x26User PropertyUTF-8 字符串对

有效载荷

SUBSCRIBE 报文的有效载荷包含一个或多个主题过滤器/订阅选项对。主题过滤器是一个 UTF-8 编码的字符串,用于向服务端指明客户端希望订阅的主题,订阅选项则仅占用一个字节,目前由以下四个选项组成:

  • Reserved (Bit 7, 6):保留位,目前必须设置为 0。
  • Retain Handling (Bit 5, 4):用于指示当订阅建立时,服务端是否需要向此订阅发送保留消息。
  • Retain As Published (Bit 3):用于指示服务端在向此订阅转发应用消息时是否需要保持消息中的 Retain 标志。
  • No Local (Bit 2):用于指示服务端是否可以将应用消息转发给该消息的发布者。No Local 和 Retain As Published 通常用于桥接场景。
  • Maximum QoS (Bit 1, 0):这个选项决定了服务端向此订阅转发消息时可以使用的最大 QoS 等级。如果消息的原始 QoS 超过了这个限制,那么服务端就会对 QoS 进行降级以保证消息的传递。

SUBSCRIBE 报文的有效载荷

SUBACK 报文结构

固定报头

SUBACK 报文的首字节高 4 位的值为 9(0b1001),低 4 位都必须全部被设置为 0。

SUBACK 固定报头

可变报头

SUBACK 的可变报头按顺序包含以下字段:

SUBACK 可变报头

  • 报文标识符(Packet Identifier):SUBACK 报文中的报文标识符必须与对应的 SUBSCRIBE 报文一致,以便另一方正确地将响应与请求匹配。
  • 属性(Properties):下表列出了 SUBACK 报文的所有可用属性。
IdentifierProperty NameType
0x1FReason StringUTF-8 编码的字符串
0x26User PropertyUTF-8 字符串对

有效载荷

SUBACK 报文的有效载荷包含了一个 Reason Code 列表,Reason Code 指示了订阅是否成功或者失败的原因。一个 Reason Code 对应 SUBSCRIBE 报文的一个主题过滤器,所以 SUBACK 报文中 Reason Code 的顺序必须与 SUBSCRIBE 报文中主题过滤器的顺序一致。

SUBACK 有效载荷

下表列出了 SUBACK 报文可用的所有 Reason Code:

ValueReason Code NameDescription
0x00Granted QoS 0订阅被接受且最大 QoS 等级为 0。服务端授予的 QoS 等级可能低于客户端请求的 QoS 等级,这主要取决于服务端是否支持所有 QoS 或者是相应的权限设置。
0x01Granted QoS 1订阅被接受且最大 QoS 等级为 1。
0x02Granted QoS 2订阅被接受且最大 QoS 等级为 2。
0x80Unspecified error表示未指明的错误。当一方不希望向另一方透露错误的具体原因,或者协议规范中没有能够匹配当前情况的 Reason Code 时,那么它会在报文中使用这个 Reason Code。
0x83Implementation specific errorSUBSCRIBE 报文有效,但是不被当前服务端的实现所接受。
0x87Not authorized客户端无权进行此订阅。
0x8FTopic Filter invalid主题过滤器的格式正确,但是不被服务端接受。比如主题过滤器的层级超过了服务端允许的最大数量限制。
0x91Packet Identifier in use收到报文中的 Packet ID 正在被使用。
0x97Quota exceeded表示超出了配额限制。服务端可能会对订阅端的订阅配额进行限制,比如一个客户端最多建立 10 个订阅。
0x9EShared Subscriptions not supported服务端不支持共享订阅。
0xA1Subscription Identifiers not supported服务端不支持订阅标识符。
0xA2Wildcard Subscriptions not supported服务端不支持通配符订阅。

UNSUBSCRIBE 报文结构

固定报头

与 SUBSCRIBE 报文相同,唯一的区别是报文类型字段的值从 8(0b1000) 变成了 10(0b1010)。

UNSUBSCRIBE 固定报头

可变报头

与 SUBSCRIBE 报文相同。

有效载荷

UNSUBSCRIBE 报文的有效载荷包含一个或多个客户端希望取消订阅的主题过滤器,这些主题过滤器同样是 UTF-8 编码的字符串,并且多个主题过滤器紧密相连。

UNSUBSCRIBE 有效载荷

UNSUBACK 报文结构

固定报头

UNSUBACK 报文的首字节高 4 位的值为 11(0b1011),低 4 位都必须全部被设置为 0。

UNSUBACK 固定报头

可变报头

UNSUBACK 的可变报头按顺序包含报文标识符和属性字段,可用的属性与 SUBACK 报文相同。

有效载荷

UNSUBACK 报文的有效载荷同样包含了一个 Reason Code 列表,Reason Code 指示了取消订阅是否成功或者失败的原因。这些 Reason Code 按顺序对应 UNSUBSCRIBE 报文的主题过滤器。

UNSUBACK 有效载荷

下表列出了 UNSUBACK 报文可用的所有 Reason Code:

ValueReason Code NameDescription
0x00Success订阅已被删除
0x11No subscription existed服务端中不存在该订阅。
0x80Unspecified error取消订阅无法完成,服务器要么不希望透露原因,要么没有其他原因代码适用。
0x83Implementation specific errorUNSUBSCRIBE 报文有效,但是不被当前服务端的实现所接受。
0x87Not authorized客户端无权取消此订阅。
0x8FTopic Filter invalid主题过滤器的格式正确,但是不被服务端接受。比如主题过滤器的层级超过了服务端允许的最大数量限制。
0x91Packet Identifier in use收到报文中的 Packet ID 正在被使用。

总结

SUBSCRIBE 和 SUBACK 报文用于订阅,UNSUBSCRIBE 和 UNSUBACK 用于取消订阅,想要订阅或者取消订阅的主题过滤器列表,都在对应报文的有效载荷中,SUBSCRIBE 报文中的每个主题主题过滤器,都与一组订阅选项相关联。

指示请求结果的 Reason Code 位于 SUBACK 和 UNSUBACK 报文的有效载荷部分,并且它是一个列表,一一对应请求报文中的主题过滤器。

在下一篇文章中,我们将继续研究 MQTT 的心跳报文。

这篇关于MQTT 5.0 报文解析 03:SUBSCRIBE 与 UNSUBSCRIBE的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/968753

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