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對於MQTT的介紹,官方文檔是直接進入主題,討論其架構模型,對於未曾接觸網絡技術的電子工程師來說,這第一章都已經是略微難懂的章節,更別提繼續往下看了。因此,此文是站在電子工程師的角度介紹MQTT協議,為方便理解和描述,肯定沒有計算機網絡方面專業術語那么准確。
作為一名電子工程師,去理解網絡工程、軟件工程這些范疇的技術,有時候時非常困難的,尤其是做硬件,很多東西感覺很抽象,又很空洞。
日常工作中,電子工程師面對更多的是UART、SPI、IIC、USB,對於觸手可及的這些外設接口協議,我們一般更多關注的是他們的信號時序、電氣特性、傳輸速率等參數。並且在開發時,這些外設接口能夠看得見摸得着,知道是哪兩個或者哪幾個設備之間進行連接。
MQTT基於TCP連接進行的網絡通信。
都說“基於TCP連接”的通信,那到底啥是“TCP連接”呢?(官網http://www.tcpipguide.com/)這個需要了解到TCP/IP參考模型中的4層的定義:
TCP/IP參考模型圖
MQTT是在TCP連接后的基礎上進行通信的,那么在此可以簡單認為,TCP就是個“外設接口”,就像UART、SPI這樣,作為傳輸層,就負責把數據收發。
而在實際在使用過程中,MQTT數據是帶了各種“格式”的條條框框進行封裝,這些條條框框的封裝就是在應用層定義和實現的。
應用層的協議利用TCP這種“接口”進行收發數據時,為了區別於不同應用程序,而定義了應用協議,類似於MQTT、HTTP、FTP等。
利用工具模擬和對比,串口連接后收發和TCP連接后收發的情況。
這里使用的是單片機開發的時候最常用到的一個串口助手SSCOM V5.10a(http://www.daxia.com/sscom/sscom5.13.1.rar),帶有TCP連接功能。首先看看電子工程師非常熟悉的串口通信界面:
串口通信時的數據交互截圖
同樣的,切換到TCP連接的方式,根據如下截圖配置TCP服務器和TCP客戶端:
TCP連接后通信時的數據交互截圖
可見TCP和串口類似,在連接后就可以對數據進行傳輸了。並且和串口一樣,在傳輸時,數據是被完全透傳出去的,而沒有被封裝成任何格式(只看TCP層),可見平時在底層開發時使用串口通信都沒有上升到應用層協議,基本都是裸數據傳輸的,即使說有協議那基本都是私有協議,且是自定義的。
可是怎樣能夠實現連接?
MQTT協議是基於TCP連接進行通信的,TCP可謂是比嵌入式外設要復雜些,不是簡單一個硬件實現就可以了的。
串口連接,最少需要的3根數據線(TxD,RxD,GND),然后設置兩端設備的波特率、數據位、校驗位、停止位,即可完成連接。
而TCP連接,需要往下的多個層協議來實現,然后就是配置IP地址、端口。實現方式有很多,有線方式可以用集成了網卡芯片的單片機或者以太網轉串口、SPI模塊等,無線的方式可以用集成了wifi的單片機或者wifi轉串口、SPI模塊等。
TCP連接實現方式很簡單,就是芯片搭模塊,而實現過程卻是很復雜,對於應用開發的電子工程師,需要做的是能夠利用低價格高效益的解決方案來實現MQTT協議,實現物聯網。
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