85
MQTT是一种基于发布-订阅模式的轻量级消息协议,广泛应用于物联网领域。在MQTT中,存在一个重要的Keep Alive机制,可以帮助解决TCP连接半开的问题,尤其在移动网络中非常有用。本文将深入探讨MQTT的Keep Alive功能,以及它如何帮助确保连接的可靠性。
MQTT建立在可靠的传输控制协议(TCP)之上。TCP可以确保数据包通过互联网以"可靠、有序和错误检查"的方式传输。但是,通信双方之间的传输并不总是同步的。例如,如果一方崩溃或传输出错。在TCP中,这种不完全连接的状态称为"半开连接"。需要注意的是,通信的一方继续运行,而不会通知另一方故障的发生。仍然连接的一方会不断尝试发送消息并等待确认。
正如MQTT协议的发明者Andy Stanford-Clark所指出的,在移动网络中,半开连接的问题越来越普遍:"虽然理论上TCP/IP会在套接字中断时通知您,但实际上,特别是在移动和卫星链接等情况下,它们通常通过空中'伪造'TCP,并在每一端放回标头,TCP很有可能会话到'黑洞',即它似乎仍然打开,但实际上只是将您写入的任何内容倾倒在地板上。"
为了解决半开连接的问题,MQTT引入了Keep Alive功能。Keep Alive确保代理和客户端之间的连接保持打开,并且双方之间正在进行通信。
当客户端建立到代理的连接时,客户端会向代理发送一个以秒为单位的时间间隔。这个时间间隔定义了代理和客户端之间最大的不能相互通信的时间长度。
MQTT规范中对Keep Alive进行了如下说明:"Keep Alive...是客户端完成传输一个控制数据包的时间点和它开始发送下一个数据包的时间点之间允许经过的最大时间间隔。确保时间间隔是客户端的责任。"
只要消息交换频繁,且没有超过Keep Alive间隔,就不需要发送额外的消息来确认连接是否仍然打开。但是,如果客户端在Keep Alive期间没有发送任何消息,它必须向代理发送一个PINGREQ数据包,以确认自己仍然可用,并确保代理也仍然可用。
代理必须在Keep Alive间隔的一倍半内断开未发送消息或PINGREQ数据包的客户端连接。同样,如果客户端在合理时间内没有收到来自代理的响应,也应该关闭连接。
Keep Alive功能使用两种数据包:
1. PINGREQ:由客户端发送,表示客户端仍然可用。如果客户端没有发送任何其他类型的数据包,则必须向代理发送PINGREQ数据包。
2. PINGRESP:当代理收到PINGREQ数据包时,必须回复一个PINGRESP数据包,以表示自己仍然可用。
注意,如果代理没有收到来自客户端的PINGREQ或任何其他数据包,它将关闭连接并发送最后的遗嘱(Last Will and Testament)(如果客户端指定了LWT)。
MQTT客户端有责任设置适当的Keep Alive值。例如,客户端可以根据当前的信号强度调整Keep Alive时间间隔。最大的Keep Alive时间为18小时12分15秒。如果Keep Alive时间间隔为0,则该保护机制将被禁用。
通常,断开连接的客户端会尝试重新连接。有时,代理仍然为客户端保留半开连接。在这种情况下,如果代理检测到半开连接,它会执行"client take-over"。代理关闭与同一客户端的先前连接(由客户端标识符确定),并与客户端建立新连接。这可以确保半开连接不会阻止断开连接的客户端重新建立连接。
