mqtt协议理解

mqtt协议包格式

控制包最多由3部分组成：固定头部、可变头部和payload。

1. 固定头部

固定头部只有两个字节，格式如下：



byte1的高4位就是包的类型，包的类型定义如下：



低4位为flag位，有的包需要，有的包不需要：



byte2为剩余数据的长度，数据是包含可变头部和payload的。这个长度如果是单个字节的话，最多只能是127，如果数值大于127怎么办，则用多个字节来表示，编码方案是，低7位用来表示数值，最高位是一个"continuation bit"，表示后面是否还有长度字节，例如：如果是64，那么只需要一个字节就可以表示，十六进制为0x40。如果是321（65+2*128），需要用两个字节来表示，那么第一个字节为65+128=192（注1100 0001），第2个字节为2（注0000 0010），有点像进位。但是这个length不是任意的，最多4个字节，所以最多只能表示为0xFF、0xFF、0xFF、0x7F，表示长度最大只能为268,435,455。

假设给了一个非负整数X，那么这个可变长度的编码算法如下：

do
encodeByte = X MOD 128
X = X DIV 128
// if there are more data to encode, set the top bit of this byte
if (X > 0)
encodeByte = encodeByte OR 128
endif
'output' encodeByte
while (X > 0)

我写的c测试代码如下：

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>

int main(void)
{
uint8_t len_byte[4] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, encodeByte;
uint32_t X = 321;
int i = 0;

do {
encodeByte = X % 128;
X = X / 128;

if (X > 0) {
encodeByte = encodeByte | 128;
}
len_byte[i++] = encodeByte;
} while (X > 0);

return 0;
}

那么相应的解码算法如下：

multiplier = 1
value = 0
do
encodeByte = 'next byte from stream'
value += (encodeByte AND 127) * multiplier
multiplier *= 128
if (multiplier > 128*128*128)
throw Error(Malformed Remaining Length)
while ((encodeByte AND 128) != 0)

测试c代码如下：

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>

int main(void)
{
uint8_t len_byte[4] = {193, 2, 0, 0}, encodeByte;
int multiplier, value, i;

multiplier = 1;
value = 0;
i = 0;

do {
encodeByte = len_byte[i++];
value += (encodeByte & 127) * multiplier;
multiplier *= 128;

if (multiplier > 128*128*128) {
printf("Malformed Remaining Length\n");
}
} while ((encodeByte & 128) != 0);

return 0;
}

2. 可变头部和payload

可变头部和payload相对于就比较简单了，只是部分类型的包才需要：