在MQTT協議中，一個控制報文（數據包）的結構按照前后順序分如下三部分：
| 結構名 | 中文名 | 解釋說明 |
|---|---|---|
| Fixed header | 固定報頭 | 報文的最開始部分，所有報文都包含這個部分 |
| Variable header | 可變報頭 | 固定報文的附加部分，有些報文沒有這個部分 |
| Payload | 有效載荷 | 需要攜帶的信息內容，有些報文沒有這個部分 |
下圖是MQTT控制報文（數據包）格式的結構示意圖：
1、固定報頭(Fixed header)：
固定報頭存在於所有MQTT數據包中，表示數據包類型及控制類標志等。固定報頭由至少2個字節組成，格式如下：
| Bit（位號） | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Byte1（第一個字節） | 組合代表MQTT控制報文（數據包）的類型 | 控制報文的標志位(Flags)，可理解為一種屬性參數 | ||||||
| Byte2（第二個字節起） | 剩余長度，當前報文剩余部分的字節數，包括可變報頭和有效負載 | |||||||
1.1、控制報文類型(Control Packet type)：
固定報頭第一個字節的高四位（7-4號位）是代表控制報文的類型，也就是這個數據包是做什么用的。是用7-4號位的二進制（也就是1111--0000之間）組合值，來代表具體的含義，見下表：
| 7-4號位 | 十進制值 | 報文類型 | 報文允許發起方向 | 報文描述 |
|---|---|---|---|---|
| 0000 | 0 | Reserved | 禁止 | 保留，不可用 |
| 0001 | 1 | CONNECT | 客戶端―→服務端 | 客戶端請求連接到服務端的代理服務 |
| 0010 | 2 | CONNACK | 客戶端←―服務端 | 連接請求的回復確認報文 |
| 0011 | 3 | PUBLISH | 客戶端←→服務端 | 發布主題消息 |
| 0100 | 4 | PUBACK | 客戶端←→服務端 | 發布確認，是QoS=1時，對 PUBLISH 的響應確認 |
| 0101 | 5 | PUBREC | 客戶端←→服務端 | 發布收到，是QoS=2時，對 PUBLISH 的響應確認，是QoS=2實現的第一步 |
| 0110 | 6 | PUBREL | 客戶端←→服務端 | 發布釋放，是QoS=2時，對 PUBREC 的響應確認，是QoS=2實現的第二步 |
| 0111 | 7 | PUBCOMP | 客戶端←→服務端 | 發布完成，是QoS=2時，對 PUBREL 的響應確認，是QoS=2實現的第三步 |
| 1000 | 8 | SUBSCRIBE | 客戶端―→服務端 | 客戶端訂閱主題，可一次訂閱一個或多個主題（使用通配符） |
| 1001 | 9 | SUBACK | 客戶端←―服務端 | 訂閱完成確認，是對 SUBSCRIBE 的響應確認 |
| 1010 | 10 | UNSUBSCRIBE | 客戶端―→服務端 | 取消訂閱，客戶端發起的取消對某個主題的訂閱 |
| 1011 | 11 | UNSUBACK | 客戶端←―服務端 | 取消訂閱確認，是對 UNSUBSCRIBE 的響應確認 |
| 1100 | 12 | PINGREQ | 客戶端―→服務端 | 心跳，表示這個數據包是為通知服務端客戶端還在正常連接着 |
| 1101 | 13 | PINGRESP | 客戶端←―服務端 | 心跳響應，表示服務端已經成功收到了客戶端的心跳 |
| 1110 | 14 | DISCONNECT | 客戶端―→服務端 | 斷開連接，客戶端通知服務端，需要斷開當前網絡連接 |
| 1111 | 15 | Reserved | 禁止 | 保留，不可用 |
1.2、標志(Flags)：
固定報頭第1個字節的低4位 （3-0號位）包含每個MQTT控制報文類型特定的標志，必須與控制報文類型配套對應使用，否則服務端代理服務會拒絕服務或斷開連接。具體的見下表（保留的標志必須按照表中的值設置）：
| 報文類型 | 標志類型 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0 |
|---|---|---|---|---|---|
| CONNECT | 保留 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| CONNACK | 保留 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PUBLISH | 使用 | 是否為重復發 | 服務質量高位 | 服務質量低位 | 是否保存消息 |
| PUBACK | 保留 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PUBREC | 保留 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PUBREL | 保留 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| PUBCOMP | 保留 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| SUBSCRIBE | 保留 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| SUBACK | 保留 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| UNSUBSCRIBE | 保留 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| UNSUBACK | 保留 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PINGREQ | 保留 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PINGRESP | 保留 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| DISCONNECT | 保留 | 0 | 0 | 0 | 0 |
注：關於用“是否”描述的實際就是布爾類型，0表示否，1表示是；
1.3、第一字節各類型報文具體值：
固定報頭報文類型高4位和標志位的低4位綜合起來，最終第一個字節是有一個具體值的。為了更好的理解第一個字節的具體值是怎樣得出來的，在下表列出了不同類型的報文及某個報文不同標志時的具體值：
| 報文類型 | 標志作用 | 二進制值 | 10進制值 | 16進制值 |
|---|---|---|---|---|
| CONNECT | 連接服務端 | 00010000 | 16 | 0x10 |
| CONNACK | 連接成功確認 | 00100000 | 32 | 0x20 |
| PUBLISH | 新發布等級0不保存 | 00110000 | 48 | 0x30 |
| PUBLISH | 新發布等級0需保存 | 00110001 | 49 | 0x31 |
| PUBLISH | 新發布等級1不保存 | 00110010 | 50 | 0x32 |
| PUBLISH | 新發布等級1需保存 | 00110011 | 51 | 0x33 |
| PUBLISH | 新發布等級2不保存 | 00110100 | 52 | 0x34 |
| PUBLISH | 新發布等級2需保存 | 00110001 | 53 | 0x35 |
| PUBLISH | 重發等級2不保存 | 00111000 | 56 | 0x38 |
| PUBLISH | 重發等級2需保存 | 00111001 | 57 | 0x39 |
| PUBACK | 等級1發布成功 | 01000000 | 64 | 0x40 |
| PUBREC | 等級2發布收到 | 01010000 | 80 | 0x50 |
| PUBREL | 等級2發布釋放 | 01100010 | 98 | 0x62 |
| PUBCOMP | 等級2發布完成 | 01110000 | 112 | 0x70 |
| SUBSCRIBE | 訂閱主題 | 10000010 | 130 | 0x82 |
| SUBACK | 訂閱完成確認 | 10010000 | 144 | 0x90 |
| UNSUBSCRIBE | 取消訂閱 | 10100010 | 162 | 0xA2 |
| UNSUBACK | 取消完成確認 | 10110000 | 176 | 0xB0 |
| PINGREQ | 心跳包 | 11000000 | 192 | 0xC0 |
| PINGRESP | 心跳回復 | 11010000 | 208 | 0xD0 |
| DISCONNECT | 斷開網絡連接 | 11100000 | 224 | 0xE0 |
注：關於發布主題還有其他情況這里就沒有全部列出，根據表中的規律就可以計算出實際的值了。
1.3、剩余長度(Remaining Length)：
剩余長度是從第二個字節開始，最多允許占用四個字節。描述本次傳送的應用消息在剩余長度字節之后（不包括剩余長度字節本身）還有多少個字節，包括可變報頭（有的報文沒有這部分） + 有效載荷（有的報文沒有這部分）的所有字節數量。
根據上面描述，剩余長度屬於變長的編碼規則，也就是它可能是1-4個字節中的任何一種情況，那么怎樣知道當前這個報文的剩余長度是占用了幾個字節的呢？如果不能確定，那么接收方就無法正確解析數據了。所以MQTT協議規定剩余長度的每個字節的最高位（也就是7號位）作為是否還有下一個字節剩余長度的標志位，不做長度數值的表述位。這樣每給剩余長度字節最大代表長度值就是127（二進制 1111111 的值）了，因為只有7個位表示長度了。向后每增加一個字節都代表前一個字節滿值再加1的倍數，四個字節的剩余長度代表的長度值最大可為268435455。
如果剩余長度值不大於127，則只用一個字節表示，例如121，則剩余長度字節的二進制是01111001，含義見下表：
| 7號位 | 6-0號位 |
|---|---|
| 0 | 1111001 |
| 接下來沒有剩余長度字節了 | 剩余長度是：121 |
如果剩余長度值大於127小於16384，則需用兩個字節表示，例如15971，則剩余長度兩字節具體值則是0xE3 0x7C（11100011 01111100），含義見下表：
| 1字節7號位 | 1字節6-0號位 | 2字節7號位 | 2字節6-0號位 |
|---|---|---|---|
| 1 | 1100011 | 0 | 1111100 |
| 后面還有字節描述長度 | 本子節描述長度：99 | 后面沒有長度字節了 | 本字節描述長度：124 * 128 = 15872 |
兩個字節代表的長度值相加 99 + 15872 = 15971，這既是完整的剩余長度值了。后面這個字節每增加1，則代表剩余長度值增加128。也就是前面字節的低7位值滿都為1（127）再加1，就到后面字節加1，前面字節低7位歸0。再加滿再到后面字節加1，以此類推。所以兩個字節可以表述的最大值是（11111111 01111111）127+(127*128) = 16383。
由於使用了兩個字節表述剩余長度，那么前面的字節的最高位7號位就要置1，以告訴解析程序后面的字節還要按照剩余長度來計算。
如果剩余長度值大於16383小於2097152，則需用三個字節表示，例如2097150，則剩余長度三字節具體值則是0xFE 0xFF 0x7F（11111110 11111111 01111111），含義見下表：
| 1字節7號位 | 1字節6-0號位 | 2字節7號位 | 2字節6-0號位 | 3字節7號位 | 3字節6-0號位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1111110 | 1 | 1111111 | 0 | 1111111 |
| 還有長度字節 | 長度：126 | 還有長度字節 | 長度：127 * 128 = 16256 | 長度最后字節 | 長度：127 * 16384 = 2080768 |
三個字節代表的長度值相加 126 + 16256 + 2080768 = 2097150，這既是完整的剩余長度值了。3字節每增加1，則代表剩余長度值增加16384，即前兩個字節滿值再加1。四字節的原理也是這樣向后推導，這里就不再列舉了。
剩余長度使用1-4個字節可以描述的長度范圍見下表：
| 字節數 | 最小值10/16進制 | 最小值2進制 | 最大值10/16進制 | 最大值2進制 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0(0x00) | 00000000 | 127(0x7F) | 01111111 | |
| 2 | 128(0x80,0x01) | 10000000 00000001 | 16383(0xFF,0x7F) | 11111111 01111111 | |
| 3 | 16384(0x80,0x80,0x01) | 10000000 10000000 00000001 | 2097151(0xFF,0xFF,0x7F) | 11111111 11111111 01111111 | |
| 4 | 2097152(0x80,0x80,0x80,0x01) | 10000000 10000000 10000000 00000001 | 268435455(0xFF,0xFF,0xFF,0x7F) | 11111111 11111111 11111111 01111111 |
2、可變報頭(Variable header)：
可變報頭在固定報頭與有效負載之間，不是所有的報文都有可變報頭。報文類型不同可變報頭的內容也不同。后面會對各報文的可變報頭逐一討論。某些類型的報文中的可變報頭還包含報文標識符（Packet Identifier）字段。
2.1、報文標識符(Packet Identifier)：
報文標識符，一定程度上相當於是每個報文的唯一ID，用於識別報文身份的。重復發送報文時，必須使用相同的報文標識符。在需要應答的控制報文里，標識符可以區分是應答的哪個報文。某些控制報文的可變報頭部分包含一個兩字節的報文標識符字段。這些報文分別是PUBLISH（QoS > 0時）， PUBACK，PUBREC，PUBREL，PUBCOMP，SUBSCRIBE, SUBACK，UNSUBSCRIBE，UNSUBACK。
需要使用標識符的報文，發送方在每次發送一個新的報文時，必須分配一個沒有使用過的報文標識符。報文標識符固定使用兩個字節，按照雙字節讀值可用范圍是0-65535（00000000 00000000 -- 11111111 11111111）。
3、有效載荷(Payload)：
在一些需要攜帶用戶自定義的應用消息的MQTT控制報文中，會將這些信息放在報文的最后部分，稱之為有效載荷。對於PUBLISH來說有效載荷就是應用消息。不同的控制報文有效載荷內容不同，后面會在分別介紹控制報文時具體討論。下表列出哪些控制報文有包含有效載荷：
| 控制報文 | 有效載荷 |
|---|---|
| CONNECT | 需要 |
| CONNACK | 不 需要 |
| PUBLISH | 可選，可以零長度 |
| PUBACK | 不需要 |
| PUBREC | 不需要 |
| PUBREL | 不需要 |
| PUBCOMP | 不需要 |
| SUBSCRIBE | 需要 |
| SUBACK | 需要 |
| UNSUBSCRIBE | 需要 |
| UNSUBACK | 不需要 |
| PINGREQ | 不需要 |
| PINGRESP | 不需要 |
| DISCONNECT | 不需要 |
本節完，待續......